普通高中教科書·數學(人教A版)》必修第一冊(2019年6月第1版)第156頁拓廣探索第13題:
本題為開放探究題,考查學生對函數零點及零點存在定理的理解與應用.試題以含參數的類二次函數為背景,由函數的零點個數求參數取值范圍,需對最高次系數、判別式進行討論.在解決問題的過程中,滲透化歸與轉化思想、函數與方程思想、分類討論和數形結合思想,是一道培養(yǎng)學生直觀想象、邏輯推理、數學抽象等核心素養(yǎng)的好題.
下面筆者給出幾點教學啟示,供讀者參考.
1 教學內容與要求的變化
本題考查內容為必修第一冊第四章《4.5函數的應用(二)》第一課時《函數的零點與方程的解》.與上一版教科書相比,新版教科書有幾點重要變化:
1.1 零點定義提前給出
必修第一冊第二章《2.3二次函數與一元二次方程、不等式》就給出了二次函數的零點的定義,用二次函數的觀點認識一元二次方程,為一般函數零點的定義作了鋪墊.這種由特殊到一般給出定義的方法,既符合《普通高中數學課程標準(2017年版)》的意圖,又遵循了學生的認知規(guī)律,幫助學生從函數的觀點認識方程,領悟函數的本質.
1.2 課題調整,結論升級
新版教科書的課題由原來“方程的根與函數的零點”調整為“函數的零點與方程的解”,將“函數的零點”提前,同時將上一版的“結論”升級為新版的“定理”,并給出了“函數零點存在定理”的名稱.這種處理加強了該內容作為數學內部應用的定位,突出了函數的核心地位,并將重心放在應用函數性質研究方程的解上,體現了“用聯系的觀點看待問題”“用新觀點看待舊事物”“用動態(tài)變化的觀點看待靜態(tài)確定的事物”等思想[3].
1.3 例題要求提高
新版教科書第143頁例1:求方程lnx+2x-6=0的實數解的個數.
本題雖與上一版相同,但卻提高了要求,不僅將該題作為引例使用,而且在教師教學用書中通過嘗試函數的取值、放縮判斷函數值符號f(2)=ln2-20,尋找函數零點所在的區(qū)間;也可轉化為兩個基本函數g(x)=lnx與h(x)=-2x+6的交點個數.這些解法更符合教學實際,既有助于提高學生的估算意識,也拓展了學生的數學思維.
2 “函數零點存在定理”的理解與把握
“函數零點存在定理”在數學分析上是“閉區(qū)間上連續(xù)函數的介值定理”的特例,由捷克數學家波爾察諾在1817年首先證明.但由于當時缺乏實數理論,證明不嚴格,后由德國數學家魏爾斯特拉斯將這個證明嚴密化.
可以看出,由含參數的函數在某個區(qū)間上的零點個數求參數取值范圍,實際是用函數在某個區(qū)間上存在零點的必要性,由于必要性不一定成立,解題時要格外小心,不要遺漏情況.當然如果給出的函數在定義域上是單調函數,那么函數最多有一個零點,這樣就一定成立了.
參考文獻
[1] 中學數學課程教材研究開發(fā)中心等.普通高中教科書·數學(人教A版)必修第一冊[M].北京:人民教育出版社,2019.6.
[2] 中學數學課程教材研究開發(fā)中心等.普通高中教科書教師教學用書·數學(人教A版)必修第一冊 [M].北京:人民教育出版社,2019.7.
[3] 章建躍.函數零點存在定理的育人價值[J].中小學數學(高中版),2018(5):封底.
作者簡介 王學忠(1978—),男,高級教師,臨沂市高中數學中心組成員、兼職教研員,致力于高中數學教學與高考研究,發(fā)表論文10余篇.