摘要:数学思想是数学活动的指导思想,数学活动的一般概括。它从整体和思维的更高层次上指导学生有效的认识数学的本质,运用数学知识发现、完善数学知识结构,探寻解题的方向和途径。函数是高中数学的主线,它用联系和运动、变化的观点研究、描述客观世界中相互关联的量之间的依存关系,函数思想以函数知识做基石,用运动变化的观点分析和研究数学对象间的数量关系,丰富并优化了数学解题活动,给数学解题带来一股很强的创新能力。
关键词:函数思想、方程思想、函数与方程思想
高中阶段的数学用到的基本思想有:函数与方程思想,分类讨论思想,转化与化归思想,数形结合思想。而其中的函数与方程思想是每年高考的热点之一,高中阶段第一次出现在苏教版必修一的第三章。所以深入研究函数与方程思想对学好数学起非常大的作用。
函数思想,就是运用运动和变化的观点,集合与对应的思想,去分析和研究数学问题中的等量关系,建立或构造函数关系,再运用函数的图象和性质去分析问题,达到转化问题的目的,从而使问题获得解决的思想;方程思想,就是从问题的数量关系入手,运用数学语言将问题中的条件转化为数学模型——方程或方程组,通过解方程或方程组,或者运用方程的性质去分析、转化问题,使问题获得解决的思想。
函数与方程是密不可分的,函数中的如果为0的话就可以转化为方程。函数与方程思想就是把函数问题转化为方程问题,例如求函数的零点可以转化为求对应方程的根,或者把方程问题转化为函数问题来解决,例如求方程的根的个数可以转化为求两函数交点的个数。苏教版必修一的第三章引入的函数与方程思想,主要体现在求方程的实数根,就是确定函数的图象与轴交点的横坐标,即函数的零点;求的根或根的个数就是求函数与图象的交点或交点个数。
一、函数思想
所谓函数思想,就是在根据已知条件构造函数,通过研究函数的单调性、奇偶性等性质,来解决问题的思想。
1、构造函数,利用函数的性质答题
例1、(1)比较大小:;;
(2)证明方程至少有一个小于1的正实根;
分析:(1)分别构造函数和,利用其单调性比较大小;
(2)构造函数,验证的符号即可;
解:(1)构造函数,其在上是单调增函数,
因为,所以;
构造函数,其在上是单调增函数,
因为,所以.
(2)令,则的图象在R上是一条连续不间断的曲线.
所以,所以在区间(0,1)内至少有一个零点,
即方程至少有一个小于1的正实根,得证.
点评:解有关不等式,方程,比大小的问题,可以通过构造函数关系式,借助函数的图象和性质,可以使问题更直观形象,充分利用数形结合、函数方程思想,为以后的学习奠定基础。
2、利用函数思想解答有关实际应用题
例2、某省两相近重要城市之间人员交流频繁,为了缓解交通压力,特地修了一条专用铁路,用一列火车作为交通车,已知该车每次拖4节车厢,一日能来回16次,如果每次拖7节车厢,则每日能来回10次。若每日来回的次数是车头每次拖挂车厢节数的一次函数,每节车厢能乘载乘客110人。问这列火车每天来回多少次才能使运营人数最多?并求出每天最多运营人数。
分析:建立目标函数,再求函数的最值。
解:设每日来回次,每次挂节车厢,由题意,再设,
方程组,,所以
由题意知,每日运营车厢节数最多时,运营人数最多,设每日运营节车厢,则,所以当时,,此时.
则每日最多运营人数为7920人。
答:这列火车每天来回12次,才能使运营人数最多,每天最多运营人数为7920人。
点评:通过建立函数解决实际问题要注意定义域,根据定义域来求函数的最值。
二、方程思想:通过换元,构成已经学过的方程求解:
例3 、关于的方程恒有解,求的取值范围.
分析:通过换元将其变为一元二次方程恒有正根的问题,同时利用韦达定理解题.
解:设,则.由题意得,方程有正根,
所以即,所以
点评:对于类似于一元二次方程的复杂方程,可以通过换元将问题转化为已学过的方程求解。
三、函数方程思想
有的题目需要根据函数与方程之间的相互关系而互相转换。
例4 、函数的零点个数为 .
分析:该函数不是常见的函数,所以不能通过直接画图象找零点个数,所以应该想到把零点问题转化为令,即变为方程根的问题,但转化之后的方程也不是熟悉的,求根难度也很大,所以应将这个方程改写为,进而变成两函数的交点个数问题,以此为突破点解决这道题目就比较简单了。
解:令,得到,
在同一个坐标系中分别画出
函数,
如图所示:
可得这两个函数图象有一个交点,即函数的零点个数为1.
例4、(2008天津卷改编)设,若对任意的,都有满足方程,此时的取值集合为 .
分析:本题看上去是考查含参数的方程,实际上是以含参数方程为载体,考查函数的定义域、值域以及函数思想,所以解这道题目的基本思路:方程问题函数化.由方程,可得,把看成自变量,看成应变量,可以得到函数在区间上单调递减,所以函数在区间上的值域是,由题意,所以,解得,所以答案是.
函数与方程的思想是高考的热点,也是学生学习的难点,很多学生拿到类似的题目无从下手,不会变通,所以在上必修一函数与方程这一节时,教师要充分利用函数的零点以及二分法的有关内容不断强调,向学生灌输如果从函数无从下手,就变成方程,如果方程不会解,就通过函数解决的思想,进而也深化了数形结合的数学思想,通过不断的练习,不同变式的训练,强化学生的记忆与理解,只有这样,才能让学生在高考中能自然地运用函数方程思想,而不是死板硬套。
学习函数方程的思想不是一两节就能掌握的,需要通过长时间的努力渗透,包括以后学的三角函数、数列、不等式,都运用到了这一思想,高一的基础是非常重要的,所以也要求教师一定要在高一让学生懂并会运用这一思想。
参考文献:
【1】余仁宏.函数与方程的思想方法
【2】朱占奎.方程问题的函数化
【3】薛金星.中学教材全解.陕西人民教育出版社
【4】刘增利.教材解读与拓展.开明出版社
(发表在《考试周刊》2014年第6期)
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