繆葦偉(江蘇省徐州市豐縣中學)
高中階段,不等式的恒成立問題是一種重要題型,學生普遍感覺較難.一方面是題目的類型和形式多樣;另一方面是方法靈活多樣、思維含量較高.涉及函數(shù)的圖像與性質(zhì)、導數(shù)及其應用,滲透著換元、化歸、數(shù)形結(jié)合等思想方法.不等式恒成立問題多與參數(shù)的取值范圍問題聯(lián)系在一起,往往與函數(shù)的單調(diào)性、極值、最值等相關(guān).對于不等式恒成立的常用解題方法已是老生常談的問題,本文在這里就不再闡述.但我們知道不等式恒成立問題形式千變?nèi)f化,考題亦??汲P拢鴮τ谝恍╊}目,學生即使采用常規(guī)的方法去解決,仍然會出現(xiàn)不少的新問題.在此類現(xiàn)象的基礎(chǔ)上,作者結(jié)合近期我校實行的“學講計劃”這一新課改模式,對復習試卷上出現(xiàn)的不等式問題,及時進行了此類問題的講評.在課堂上除了對此類問題的常規(guī)解題方法進行“整合”以外,在其他方面也進行了“創(chuàng)新”,把一節(jié)試卷講評課變成了一節(jié)探究課,讓學生在“學講計劃”課改模式下不斷領(lǐng)悟和總結(jié),從而促使學生在解決此類問題的能力上得到改善和提高.
教師:我們繼續(xù)講評試卷,請看第18題
教師:上述解法是我們這次練習中出現(xiàn)的一類解法,并且比較集中,現(xiàn)在請各小組認真分析上述解法的正確與否,然后請幾位同學把交流討論的結(jié)果進行闡述.
學生分組活動:3分鐘后
甲組代表:老師,本題解法好像無誤,我也是這樣做的,仍不明白錯誤何在.
乙組代表:不正確是肯定的了,但是我有點不明白這里面的m的作用;
教師提示:剛才甲組同學說得很好,這里m的作用是什么?還有,本題是解關(guān)于誰的不等式?
丙組代表:好,我明白了,不正確,這里m的作用是參數(shù),本題是解關(guān)于x的不等式,應該用m來表示不等式的解集;
教師:很好,這位同學總結(jié)的好,本題中的m與x并不是雙自變量,是解關(guān)于x的不等式,m的作用是參數(shù),但此解法誤認為是不等式恒成立問題,這也是此解法錯誤的根源,正確解法應該是用m來表示不等式的解集.請同學們繼續(xù)思考,應該如何給出正確解法呢?
【教師整合一】
提高對不等式恒成立問題的本質(zhì)認識
在解決此問題的過程中,由于學生對不等式恒成立問題的本質(zhì)模糊不清,把解不等式與不等式恒成立混為一談,導致了上述的錯解,所以在教學過程中,教師要提高學生對不等式恒成立問題的本質(zhì)認識.可見,學習數(shù)學不僅僅是使用數(shù)學公式、數(shù)學方法解題,更重要的是對基本數(shù)學概念、數(shù)學方法、數(shù)學模型的深刻理解,從而豐富學生的科學知識,培養(yǎng)學生的分析能力和科學的探究能力,全面地培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng).課堂教學如何培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng),應作為教學設計的重要指導思想之一.
在此基礎(chǔ)上,繼續(xù)設置針對性的練習,讓學生鞏固.
教師:既然同學們認識了不等式恒成立問題的本質(zhì),下面請思考導學案上例1的變題解法的正確性.
變題:已知函數(shù) f(x)= λx+sinx是區(qū)間[-1,1]上的減函數(shù),若 f(x)=t2+ λt+1在 x∈[-1,1]恒成立,求的取值范圍.
投影錯誤解法:因為 f(x)= λx+sinx是區(qū)間[-1,1]上的減函數(shù),所以f′(x)=λ+cosx≤0在區(qū)間[-1,1]上恒成立.
所以 λ ≤ -1,且[f(x)]max=f(-1)= -λ - sin1.
不等式 f(x)≤ t2+ λt+1 對于 x∈[-1,1]恒成立,
所以只需-λ-sin1≤t2+λt+1成立,即不等式(t+1)λ+t2+1+sin1≥0對λ≤-1恒成立.
令 m(λ)=(t+1)λ +t2+1+sin1.
學生分組活動:3分鐘后
丁組代表:根據(jù)不等式恒成立計算出不等式-λ-sin1≤t2+λt+1是正確的,但在解決不等式-λ-sin1≤t2+λt+1(λ≤-1)時出現(xiàn)了同上題一樣的錯誤,此處情景的描述不是不等式恒成立問題,本題在此處的本質(zhì)是解關(guān)于t的不等式,其中參數(shù)λ滿足λ≤-1.
教師總結(jié):這位同學回答得非常好,現(xiàn)在看起來對不等式問題的認識已經(jīng)掌握,這個解法比較由于比較復雜,現(xiàn)在我把過程投影給同學們參考,課后請同學們自行完善.
正解:因 f(x)= λx+sinx在[-1,1]上是減函數(shù),
所以f′(x)=λ+cosx≤0,在區(qū)間[-1,1]上恒成立.
所以 λ ≤ -1,且[f(x)]max=f(-1)=-λ -sin1.
所以只需-λ-sin1≤t2+λt+1,其中λ≤-1.
教師:既然同學們認識了不等式恒成立問題與解含參數(shù)的不等式的區(qū)別,那么我們下面繼續(xù)來研究如何解決不等式恒成立問題,請看導學案例2(2).
例2 (2)已知,f(x)=x4-4x3+(3+m)x2-12x+12,m∈R,若對于任意實數(shù)x,f(x)≥0恒成立,求m的取值范圍.
戊組代表:此題可用導數(shù)求解,簡潔明了.
當 x=2 時,g(2)=7.
所以 g(x)得最大值為 g(2)=7,
所以m+3≥7,即m≥4.
綜上可知:的取值范圍是[4,+∞).
【教師整合二】
轉(zhuǎn)化為最值問題是解決不等式恒成立的常用方法
不等式恒成立問題通用解法是通過化歸的方式把轉(zhuǎn)化成函數(shù)的最值問題.函數(shù)最值的求解是函數(shù)學習中的一個難點,而用導數(shù)求解,則流程明確、可操作性強、易于把握,是求最值的常用方法之一.
按理說,到這里已經(jīng)把試卷中的一類典型錯誤評講清晰,完成了,但就恰恰此時,一位學生的發(fā)言改變了課堂的預先設計——
學生甲:老師,我們組討論的結(jié)果是此法太麻煩,有更簡便的方法:
容易判斷當x=2時,函數(shù)y=m(x),y=n(x)同時取得最大值.
又因為 m(2)=4,n(2)=3,
所以當 x=2 時 g(x)=m(x)+n(x)有最大值 7.
所以m+3≥7,即m≥4.
綜上可知:m的取值范圍是[4,+∞).
學生齊鼓掌——學生已經(jīng)完全沉浸在喜悅之中,享受著“學講計劃”課堂、享受著數(shù)學帶來的樂趣——學生的思路已經(jīng)盤活,立竿見影,馬上又出現(xiàn)了新的解法:
學生乙:我們組的方法比他們組更簡便,解法如下:
f(x)=x4-4x3+(3+m)x2-12x+12=(x2+3)(x-2)2+(m-4)x2,
當 m<4 時,f(2)=4(m-4)<0 不成立,
當 m ≥ 4 時,f(x)=(x2+3)(x-2)2+(m-4)x2≥ 0 對一切x∈R恒成立.
所以m的取值范圍是[4,+∞).
此時,課堂已經(jīng)沸騰了——
我及時根據(jù)學生的發(fā)言,進行了“二度教學設計”,及時整理思路,調(diào)整教學方案,讓學生結(jié)合近期的模擬題以及去年的高考題,把不等式恒成立問題的研究方法進行匯總,適度進行了創(chuàng)新,效果甚好.
栽植方式有穴植法和溝植法2種。栽植的深度應與移植前保持一致或者稍微淺一些,對于出葉的花卉不能栽植過深,以免出現(xiàn)爛根情況,移植過后不能澆水過多,應等到新根長出后再進行澆水。還應確保植株的通風效果。在遮陰條件或者天氣較為干燥時,通過植株噴霧或者噴水的方式促進生根。新移植的花卉重新栽植后,會出現(xiàn)一段時間的萎蔫,停止生長,這種情況是一種正?,F(xiàn)象,待新的根系長出以后,將會重新生長。折斷時期稱為緩苗期。通常為保證花卉的長勢,以及園林景觀的早日形成,緩苗期越短越好。具體在挖苗時可以通過多帶土的方式有效避免傷根,降低對花卉根系的影響,從而有效縮短緩苗期。
攻略一:求導是基本,而不是惟一
課堂上,針對學生的解法,我適時進行了表揚,并對解法進行了總結(jié):求導是基本方法,但并不是惟一方法.求導方法思路清晰,學生易于接受.但是求導、因式分解等計算會讓很多學生望而卻步.所以在解決這類問題時提醒學生:在利用導數(shù)解決這類問題較繁瑣時,不妨換換思路,讓學生感受不同的方法在此處的應用.
攻略二:以形輔數(shù),數(shù)形結(jié)合
我國著名數(shù)學家華羅庚曾說過:“數(shù)形結(jié)合百般好,隔裂分家萬事非”.“數(shù)”與“形”反映了事物兩個方面的屬性.通過“以形輔數(shù)、數(shù)形結(jié)合”即通過抽象思維與形象思維的結(jié)合,可以使復雜問題簡單化,抽象問題具體化,從而起到優(yōu)化解題途徑的目的.
則a≤g′(0)=2.
由(1)(2)可知 a≤ 2.
因此,訓練學生要看他們能否將已學過的知識與該問題相遷移,能否找到恰當而熟悉的函數(shù)模型表述題意,能否把數(shù)學過程分析明白,并結(jié)合題意轉(zhuǎn)化為形象而直觀的圖像,進而使化難為易,這都是值得教師重視的.
攻略三:會當凌絕頂,一覽眾山小
整體意識是一種全面地、總體地考慮問題的思維習慣或自覺意識,它注重問題的整體結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的改造,能從整體上把握思維方向和進程.解題中應用整體意識考慮問題,能增加思維的有效性,達到另辟蹊徑的效果,有助于培養(yǎng)思維的靈活性和創(chuàng)造性.仍然以跟蹤訓練1為例,如果學生具有這種整體意識的話,做如下處理就很順理成章.
綜上所述,實數(shù)的取值范圍為a≤2.
此解法中三次使用整體意識,一處在當a≤0時,直接判斷g(x)≥0恒成立;第二處在02時又改變了函數(shù)的結(jié)構(gòu),通過構(gòu)造新的函數(shù)來解決問題.事實上,在解決不等式恒成立問題的過程中,構(gòu)造新函數(shù)也是常見的解決方法.三處整體意識的使用,直接把題目的思維量降了下來.
攻略四:大處著眼,小處著手
局部意識是能通過細節(jié)來把握整體情況.所以要想順利解決問題,不僅要熟練掌握基礎(chǔ)知識和靈活運用解題方法,更重要的是掌握一定的技巧,才能達到快速求解的目的,有些數(shù)學問題,如果從整體上不便解決,可先研究其局部.
跟蹤練習2:(2011浙江文科 21) 設函數(shù) f(x)=a2lnxx2+ax,a>0.
(1)求 f(x)的單調(diào)區(qū)間;
(2)求所有的實數(shù) a,使 e-1 ≤ f(x)≤ e2對 x∈[1,e]恒成立.
由于 a>0,所以f(x)的增區(qū)間為(0,a),減區(qū)間為(a,+∞).
(2)由題意得,f(1)=a-1≥ e-1,即a≥ e.
由(1)知 f(x)在[1,e]內(nèi)單調(diào)遞增,要使 e- 1 ≤ f(x)≤e2,對 x∈[1,e]恒成立,
函數(shù) f(x)滿足 e- 1 ≤ f(x)≤ e2對 x∈[1,e]恒成立,則對于區(qū)間[1,e]上的局部值也是滿足的.在此題中選擇了f(1)這個局部值,通過f(1)這個局部值可以得到參數(shù)a的大致范圍,為后續(xù)的問題處理帶來方便.此數(shù)學意識中要求學生有較強的觀察能力,根據(jù)函數(shù)、不等式和區(qū)間的特點來選擇合適的局部值.所以在解決數(shù)學問題時,要善于找到事物之間的內(nèi)在聯(lián)系,回歸到較為淺顯的知識,就能有一種“柳暗花明又一村”的感覺.
羅增儒教授也曾經(jīng)說過:新課改所倡導的教學理念經(jīng)過十年的貫徹,必然會與數(shù)學學科有機結(jié)合,產(chǎn)生出既區(qū)別于其他學科,又區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)學教學新特色.“學講計劃”的實施也不例外.因此,在“學講計劃”實施過程中,我們要防止一種傾向掩蓋另一種傾向.遺憾的是,探究合作泛濫,傳統(tǒng)的具有啟發(fā)性的“講授法”缺位;以學生為主體的思想泛濫,教師的主導作用缺失;表演作秀,重形式輕實質(zhì);無效討論、合作的形式化;滿堂發(fā)問,師生對話過于頻繁;探索泛化,放任自流等現(xiàn)象在現(xiàn)階段數(shù)學教學中較為突出.
“學講計劃”對教師提出了更高的要求.教學過程中需要教師能正確處理好“教”與“學”的雙邊和諧關(guān)系,具有誘導學生使其“想學”、指導學生讓其“會學”、輔導學生令其“能學”的技能.實現(xiàn)“學講計劃”是一個長期而又復雜的工程,需要堅持不懈地探索與追求.“學講計劃”要以教師教的轉(zhuǎn)變促進學生學的轉(zhuǎn)變.
[1]羅增儒.評課的視角,課例的切磋[J].中學數(shù)學教學參考,2014(1-2):14.