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现行高中数学教材(人民教育出版社出版的试验修订本)每一章都配备了一定量的阅读材料或研究性课题.这些新形式、新内容给予了学生更多的自主活动和合作活动的机会,激发了学生的求知欲望,丰富了学生的学习方法.然而,在实际教学过程中,由于学生的生活经验和认知水平等方面的原因,这些新内容很难得到充分的落实.例如高二教材上的“函数思想在生活、生产实际问题中的应用”就是一个很好的研究型课题,但学生把知识应用于生活、生产实际问题的能力还很有限,难以达到教学要求.于是,在知识与应用之间寻求一种过渡就显得很必要.在学生学完前四章“集合与简易逻辑”“函数”“数列”“三角函数”后,学习研究型课题“函数思想在生活、生产实际问题中的应用”之前,我组织了一堂运用函数思想解题的探究课,作为一种过渡与衔接.
函数是中学数学的重要概念之一,函数思想是中学数学的基本思想方法之一,它是用运动、变化和联系的观点去考察数学问题,从中抽出数量关系,构建函数,并加以研究的一种思维过程.教学中,分四个阶段引导学生逐步体验函数思想在解题中的运用.
一、讲解例题,引导学生领会运用函数思想解题
通过高中数学前四章的学习,学生积累了一定的学习高中数学的经验,逐渐适应了高中数学的学习.但对各章节间的联系往往重视不够,以前教材强调得也不够.我通过一个数列问题,引导学生初步领会运用函数思想解题的思维过程.
例1 若数列{a[,n]}的通项a[,n]=,则该数列中第几项的值最大,第几项的值最小?
分析 探求变量:将公式中的n和a[,n]分别记为两个变量x和y
构建函数:函数
研究性质:y在(-∞,)和(,+∞)内是减函数.
解决问题:数列{a[,n]}中第10项的值最大,第9项的值最小.
数列本身就是一种定义在正整数集上的函数,引导学生用函数的视角考察它们,用函数的思想理解它的通项公式,能让学生体验到一种豁然开朗的感觉,加深对函数的理解.通过这个例题的分析,使学生初步了解了运用函数思想解题的思维过程:探求变量构建函数研究性质解决问题.
二、分析例题,引导学生突破构建函数的难点
从上述思维过程看,如何构建函数是运用函数思想解题的关键和难点.通过下面几个等式、方程、不等式的实例,引导学生体会这些实例与函数的内在联系,用类比方法把它们转化成适当的函数问题,达到突破构建函数这个难点的目的.
例2 将下列问题转化为函数问题:
(1)对于a,b∈R,等式
(2)方程x[2]-2asin(cosx)+a[2]=0有解;
(3)若a,b,c∈(-1,1),则不等式ab+bc+ca+ 1>0恒成立.
分析 (1)构建函数f(x)=x[3]+2004x,则等式成立函数值f(a-1)=-f(b-1)=-1.
(2)构建函数f(x)=x[2]-2asin(cosx)+a[2]和g(x)=0,
或f(x)=x[2]+a[2]和g(s)=2asin(cosx),则
方程有解函数f(x)和g(x)的图像有公共点.
(3)构建函数f(x)=(b+c)x+bc+1,则
不等式恒成立f(x)>0在x∈(-1,1)时恒成立.
通过上例,我们知道,中学数学常见的一些数学表达式往往可以重新构建成一种函数关系,中学数学中构建函数的常用方法可归纳为:
(1)公式法:依据给出的公式构建函数.如例1.
(2)直接法:依据给出的方程或不等式构建函数.如例2之2).
(3)类比法:依据给出的多个关系式,寻求共性构建函数,如例2之1).
(4)主变量法:依据给出的多个变量,确定一个主变量构建函数.如例2之3).
三、课堂练习,引导学生体验运用函数思想解题
为了让学生全面体验运用函数思想解题的思维过程,把上述已转化为函数问题的三个实例重新设置为三道例题,引导学生较完整地了解运用函数思想解题的思维过程,初步掌握其解题方法.
例3 设a,b∈R,且(a-1)[3]+2004(a-1)=-1, (b-1)[3]+2004(b-1)=1,求a+b的值.
分析 构建函数f(x)=x[3]+2004x,则f(a-1) =-f(b-1).
函数f(x)具有如下性质:(1)f(x)是奇函数; (2)f(x)是增函数.
f(1-a)=f(b-1)1-a=b-la+b=2.
例4 已知方程x[2]-2asin(cosx)+a[2]=0有惟一解,求a的值.
分析 构建函数f(x)=x[2]-2asin(cosx)+a[2].于是,
方程有惟一解函数f(x)的图像与x轴有惟一的公共点.
而f(x)是偶函数,则f(x)的图像在原点与x轴有惟一的公共点.
那么,原方程的解为0,即
0-2asin(cos0)+a[2]=0.
a=0或a=2sinl.
例5 已知a,b,c∈(-1,1),求证ab+bc+ca+ 1>0.
分析 根据对称性,不妨设a=x,
构建函数f(x)=(b+c)x+bc+1,x∈(-1,1).
若b+c=0,则f(x)=bc+1>0.若b+c≠0,f(x)是单调的一次函数.由
f(1)=b+c+bc+1=(1+b)(1+c)>0,
且f(-1)=-b-c+bc+1=(1-b)(1-c)>0知f(x)> 0恒成立.
ab+bc+cd+1>0.
上述三道例题,使学生对运用函数思想解题有了一个较完整的认识.又因势利导,师生共同归纳出运用函数思想解题的常见问题:
(1)数列的问题;
(2)方程与不等式的问题;
(3)恒成立的问题.
四、课后练习,引导学生自觉运用函数思想解题
学生第一次较系统地学习了运用函数思想解题,今后还要多次用到,为了巩固这种思想方法,设置了四道练习题,供学生课后自觉体验、主动消化.
(1)若{a[,n]}是等差数列,前n项和为S[,n],a[,1]>0,且 S[,2]=S[,10],则前几项的和为最大?若S[,2]=S[,10]改为S[,3]=S[,10],其他不变,结果如何?(前6项;前6项或前7项)
(2)当|a|≤2时,不等式2x-1>a(x[2]-1)恒成立,求实数x的取值范围.
(3)已知a,b∈[-(π/4)(π/4)]且a[3]+sina+k=0,8b[3]+ sin2b-k=0,k∈R,求a+2b的值.(a+2b=0)
(4)解不等式:(8/(x+1)[3])+(10/x+1)>x[3]+5x.(-1<x<1或x>2).
在教师的启发、引导下,学生进一步明确了函数在中学数学中的重要地位,体验了运用函数思想解题的思维过程,初步掌握了构建函数的几种方法,了解了几个中学常见的问题,为高二年级开设研究型课题“函数思想在生活、生产实际问题中的应用作了必要的铺垫.