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        小議二次函數(shù)綜合性問題突破視角

        2017-03-23 09:02:47江蘇省常熟市滸浦高級(jí)中學(xué)夏樸
        中學(xué)數(shù)學(xué)雜志 2017年5期
        關(guān)鍵詞:凹凸綜合性變量

        ☉江蘇省常熟市滸浦高級(jí)中學(xué) 夏樸

        小議二次函數(shù)綜合性問題突破視角

        ☉江蘇省常熟市滸浦高級(jí)中學(xué) 夏樸

        眾所周知,高中數(shù)學(xué)函數(shù)問題最經(jīng)典的模型是以二次函數(shù)為背景設(shè)計(jì)的,二次函數(shù)既因?yàn)樵谏钌a(chǎn)實(shí)際中有著重要體現(xiàn),也是中學(xué)生能夠解決的主要模型.通過二次函數(shù)可以研究函數(shù)的三要素、單調(diào)性、最值以及在問題解決過程中涉及的重要思想方法等.可以這么說,二次函數(shù)相關(guān)的綜合性問題一直是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn).

        從考試要求來看,“考試大綱”明確提出了理解二次函數(shù)的定義,掌握其圖像和性質(zhì),以及理解和運(yùn)用二次函數(shù)、一元二次方程、一元二次不等式之間的關(guān)系去解決相關(guān)問題,在問題解決過程中能夠運(yùn)用思想方法將問題轉(zhuǎn)化為二次函數(shù)求解.從大綱要求來看,很明顯提出了二次函數(shù)學(xué)習(xí)的三個(gè)層次,其一是掌握基本知識(shí)和基本性質(zhì),這是大部分學(xué)生普遍掌握的;其二是能運(yùn)用整合性的知識(shí)聯(lián)系解決相關(guān)問題,這就選拔出了能力較強(qiáng)的學(xué)生;最后是能運(yùn)用思想方法將綜合性問題通過二次函數(shù)模型求解,體現(xiàn)了選拔最優(yōu)秀學(xué)生的意圖.近年來,二次函數(shù)以綜合性問題呈現(xiàn)在試卷中,以函數(shù)、不等式、方程的相互等價(jià)轉(zhuǎn)換成為命題的常規(guī)形態(tài),以導(dǎo)數(shù)的介入、解析幾何中的滲透成為有效的結(jié)合點(diǎn).從難度來說,二次函數(shù)的深入挖掘成為區(qū)分學(xué)生能力的重要考核手段,成為教師教學(xué)關(guān)注的重點(diǎn).下文從綜合性問題舉例來說明,教學(xué)中應(yīng)該選擇的突破視角.

        一、圖形的視角

        “小題小做”一直是高考重要的命題原則,也就是說要利用更為直觀、特殊的方式去解決小題.筆者認(rèn)為,對(duì)于二次函數(shù)綜合性小題的解決,多利用圖形化的視角嘗試是首要的選擇,看一個(gè)例題:

        分析:借助二次函數(shù)的圖像,我們不難發(fā)現(xiàn):值域?yàn)槎ㄖ?,因此其定義域可以在一定范圍內(nèi)變化,這種變換通過圖形的視角顯露無遺(如圖1),借助圖形的對(duì)稱性可以得到兩者之間的關(guān)系如圖1所示.

        解析:令y=3,即x2-2x=3,解得x1= 3,x2=-1.又x=1時(shí),y=-1,因此當(dāng)a=-1時(shí),1≤b≤3都可以,即線段AB;當(dāng)b=3時(shí),-1≤a≤1都可以,即線段AD.

        點(diǎn)評(píng):小題小做最常用的手段是圖形化視角、特殊化視角,擁有這樣的思維狀態(tài)對(duì)于考試有極大的幫助.本題較為合理地借助圖形化視角,將圖形中自變量的變換顯示出來,厘清變量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系.本題還可以對(duì)相關(guān)問題進(jìn)行變換:如將其變式為求|a-b|的最大值或者最小值等等.

        圖1

        二、轉(zhuǎn)換主元的視角

        二次函數(shù)含參變量問題是考查的難點(diǎn)之一,隨著參數(shù)的增多,學(xué)生對(duì)于問題的處理往往陷入混沌.在思考問題過程中,我們可以轉(zhuǎn)換研究主要元素的視角,讓問題呈現(xiàn)一種清晰的突破口.

        問題2函數(shù)f(x)是定義在[-1,1]上的奇函數(shù),且f(1)=1,若a,b∈[-1,1],且a+b≠0時(shí),恒有

        (1)判斷并證明f(x)在[-1,1]上的單調(diào)性;

        (2)若f(x)≤m2-2am+1對(duì)所有a∈[-1,1]恒成立,求m的取值范圍.

        作為一名思想政治教育者,首先要克服首因效應(yīng)和近因效應(yīng)所造成的認(rèn)知偏見對(duì)教育者的影響,不能只憑第一印象或最新印象評(píng)價(jià)和判斷人,也不能輕信任何一種關(guān)于某人的信息,而應(yīng)當(dāng)用全面的、辯證的觀點(diǎn)看問題以及了解他人。教育者還可以充分利用首因效應(yīng)和近因效應(yīng)的積極作用,在教育內(nèi)容的選擇上利用二者提高教學(xué)效果。在與人相處時(shí)注意自己的儀容儀表、談吐等,給人留下良好的第一印象,作為教育者來說,開學(xué)第一課至關(guān)重要,準(zhǔn)備好開學(xué)第一課,給學(xué)生留下良好的印象。但更重要的是要有意識(shí)地引導(dǎo)教育對(duì)象用全面的觀點(diǎn)看問題。

        分析:這是一個(gè)多元參量的典型問題.對(duì)于第(2)小問,我們不難發(fā)現(xiàn)學(xué)生難以清晰地辨解多個(gè)參量,不少學(xué)生無從下手.從問題的剖析來看,應(yīng)該是這樣嚴(yán)密的完整表述:“若f(x)≤m2-2am+1對(duì)任意的x∈[-1,1],a∈[-1,1]都恒成立,求m的取值范圍.”因此首先研究哪個(gè)變量、進(jìn)而研究哪個(gè)變量非常清晰,我們層層遞進(jìn)來分析.由第(1)小問單調(diào)性可知,從變量x入手,即研究m2-2am+1≥f(x)max,這里可以說不費(fèi)吹灰之力;在得到m2-2am≥0時(shí)思考哪個(gè)元素已經(jīng)告知?進(jìn)一步研究哪個(gè)元素的問題?顯然變量a的范圍已經(jīng)告知,進(jìn)一步研究變量m的取值范圍,因此轉(zhuǎn)換主元的視角躍然紙上,從而多個(gè)變量的問題也層層剝離,清晰求得.

        解析:(1)略.

        (2)因?yàn)閒(x)≤m2-2am+1對(duì)所有x∈[-1,1],a∈[-1,1]恒成立,即m2-2am+1≥f(x)max.

        因?yàn)閒(x)max=f(1)=1,所以m2-2am+1≥1,所以m2-2am≥0,即g(a)=-2am+m2≥0在[-1,1]上恒成立.

        點(diǎn)評(píng):轉(zhuǎn)換主要元素研究的視角是常見的二次函數(shù)綜合性問題選擇方法,通過元素主次位置的確定,將問題轉(zhuǎn)換為較為容易的函數(shù)模型,上述問題經(jīng)過轉(zhuǎn)換主元成為一次函數(shù)的研究,使得問題的解決變得容易很多.對(duì)于學(xué)生而言,轉(zhuǎn)換主元的視角是思考多元變量問題的恰當(dāng)手段,教學(xué)經(jīng)驗(yàn)也告訴我們學(xué)生對(duì)于這種轉(zhuǎn)換尚不能合理接受,不少學(xué)生仍舊在二次函數(shù)的分類討論上大做文章,這種做法不可取,加強(qiáng)學(xué)生解題視角的引導(dǎo)成為關(guān)鍵.

        三、變量分離的視角

        對(duì)于二次函數(shù)綜合性問題來說,為了避免大量的分類討論,還可以從變量分離的視角入手思考問題.變量分離是綜合性問題的重要方法,即將研究的變量和參量進(jìn)行合理的分離,這種分離最好是基于不用分類討論進(jìn)行.變量分離的視角是很多問題的重要選擇方法,諸如恒成立問題、存在性問題、有解性問題等等.

        (1)求m,n的值;

        (2)當(dāng)x∈[1,+∞)時(shí),判斷函數(shù)f(x)的單調(diào)性并證明;

        分析:(1)略;(2)利用定義法或?qū)?shù)法加以證明;(3)中限制了字母參數(shù)的范圍的“三個(gè)二次”問題可以轉(zhuǎn)換變量來加以化解,而本題限制了自變量的范圍,一個(gè)比較簡(jiǎn)潔的辦法就是分離變量,將含有自變量的放在一起,構(gòu)造一個(gè)新的函數(shù)然后再研究新函數(shù)的最值.

        解:(1)(2)略.

        (3)由題可知,2x2-2x+1>2a(x-1)在x∈(2,4)上恒成

        點(diǎn)評(píng):為什么會(huì)想到利用參變分離的視角?這是教學(xué)需要向?qū)W生闡述的關(guān)鍵.考慮到變量x∈(2,4),顯然在分離過程中不需要對(duì)其進(jìn)行討論,自然分離成為了解決問題的首選方式.此類問題單刀直入,緊抓最終的目標(biāo),先簡(jiǎn)化等式或不等式的一邊,然后利用函數(shù)的性質(zhì)研究新函數(shù)的最值.此法也可以推廣到次數(shù)更高的問題.學(xué)生面對(duì)這類題型的最大問題:一方面在較復(fù)雜的問題情境中很難將目標(biāo)字母理清楚,另一方面對(duì)于除過去的式子2(x-1)的分析,如果x∈(0,4),使得式子2(x-1)有正有負(fù)也有0,就要進(jìn)行分類討論,更要關(guān)注不等號(hào)的方向.學(xué)生常見的錯(cuò)誤就是對(duì)不等式的兩邊分開討論,但問題是兩邊不在同一處取得最值.當(dāng)然此題也可以用分類討論方法解決.

        四、凹凸性的視角

        函數(shù)凹凸性是高等數(shù)學(xué)必備的學(xué)識(shí)之一,但在中學(xué)數(shù)學(xué)中對(duì)于凹凸性的認(rèn)識(shí)并不深刻,也沒有特別的相關(guān)概念介紹.在導(dǎo)數(shù)相關(guān)知識(shí)中,對(duì)于函數(shù)研究過程中能利用凹凸性視角,大大簡(jiǎn)化了問題的求解過程.

        問題4已知函數(shù)f(x)=ax2+bx+c(a≠0)的圖像過(-1,0)點(diǎn),則存在常數(shù)a,b,c,使不等式對(duì)一切實(shí)數(shù)恒成立.

        圖2

        點(diǎn)評(píng):本題恒成立的求解另辟蹊徑,從兩邊夾f(1)= 1入手,思考恒成立后續(xù)問題的處理,通過思考即可發(fā)現(xiàn)只要找到直線與拋物線、拋物線與拋物線相切位置即可知道,其余點(diǎn)處恒成立.思考拋物線凹凸性可知,尋找切點(diǎn)必定出于兩邊夾的特殊值位置,即f(1)=1處,這說明函數(shù)凹凸性的理解大大簡(jiǎn)化了一般學(xué)生利用判別式法求解的過程,體現(xiàn)出了思維的含量、突破的新視角,可見對(duì)于上凸或下凸函數(shù)等有深刻的認(rèn)知、提前的預(yù)判量,大大提高了問題解決的可能性,是引導(dǎo)優(yōu)秀學(xué)生思維的新視角.

        總之,二次函數(shù)綜合性問題的處理是一個(gè)漸學(xué)漸長(zhǎng)的過程.從本文所舉的四個(gè)案例來看,對(duì)小題和多元變量的處理,靈活掌握知識(shí)、合理選擇使用是綜合二次函數(shù)問題的常見方法和技能,是突破的常見視角.上述問題也能從其他視角入手,有興趣的讀者也可以一試,對(duì)比文中所選視角,可能會(huì)有意想不到的收獲.

        1.柴賢亭.函數(shù)教學(xué)中的思維啟發(fā)設(shè)計(jì)[J].教學(xué)與管理,2013(8).

        2.鄭毓信.解題教學(xué)理論在二次函數(shù)中的實(shí)踐[J].中學(xué)數(shù)學(xué)月刊,2015(1).

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