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  • 数学解题的减法和加法

    前言

    在高考数学备考过程中,我们少不了从学自学这两种学习模式。其中跟随老师指导学习 [从学] 的模式,基本是线性学习形式,从低级到高级,从基础到综合,能很容易地理解和接受,但是学习周期有些长,极容易前学后忘;对于高中数学而言,自学的成本很高,自学的道路上到处都是拦路虎,但是如果推到了这一堆堆的 “墙” 以后,它们就都变成了 “桥” ,将我们学过的知识点互通串联在一起,触类旁通,印象深刻,效果非常好,所以绝大多数学生的高三数学备考都是二者结合,本博文针对这种结合模式下的习题自学的方法和思路作以探索。

    习题展示

    【2021•高三文数三轮模拟用题】已知定义在 (R) 上的函数 (f(x)) 的导函数为 (f'(x)),若对于任意实数 (xin R),都有 (f(x))(+)(f'(x))(>0) ,则关于 (x) 的不等式 (e^{x+1})(cdot)(f(2x-1))(-)(f(x-2))(>0) 的解集为_____________.

    解析:令 (g(x)=e^xcdot f(x)),则 (g'(x)=e^x[f'(x)+f(x)]>0) ,故函数 (g(x))(R) 上单调递增,

    则所求的抽象不等式 (e^{x+1})(cdot)(f(2x-1))(-)(f(x-2))(>0)具体解释:
    (e^{x+1})(=)(cfrac{e^{2x-1}}{e^{x-2}})
    (e^{x+1})(cdot)(f(2x-1))(-)(f(x-2))(>0)
    (Leftrightarrow) (cfrac{e^{2x-1}}{e^{x-2}}f(2x-1))(-)(f(x-2))(>0)
    (Leftrightarrow) (e^{2x-1})(cdot)(f(2x-1))(>)(e^{x-2})(cdot)(f(x-2))
    (quad) 可等价转化为

    (e^{2x-1}cdot f(2x-1)>e^{x-2}cdot f(x-2)),即 (g(2x-1)>g(x-2))

    由于 (g(x))(R) 上单调递增,故有 (2x-1>x-2)

    解得 (x>-1),故所求解集为 ((-1,+infty)).

    案例分析

    上述的题目一般都是高考数学中的压轴题层次,对学生的数学素养要求很高,对学生的数学思维能力要求很高,所以一般的学生都是望而却步,即使参照答案来分析题目的解析过程也是步步有坑,层层是墙,推进理解非常吃力和痛苦;

    估计看过了解析过程,我们会产生以下的一些问题:

    ➊为什么“令 (g(x)=e^xcdot f(x))” 这样来构造函数,其他题目中我该如何构造函数

    ➋题目为什么已知 “若对于任意实数 (xin R),都有 (f(x))(+)(f'(x))(>0)”,是干什么用的.

    ➌解题中为什么要将 “(e^{x+1})(cdot)(f(2x-1))(-)(f(x-2))(>0) ”变形为 “(e^{2x-1}cdot f(2x-1)>e^{x-2}cdot f(x-2)),”

    ➍如何得到的 “(g(2x-1)>g(x-2)),”,

    ➎为什么能“由于 (g(x))(R) 上单调递增,故有 (2x-1>x-2)”,是不是不论函数为奇函数还是偶函数,都是这样做的,等等,

    为了更好的解答这些问题,我们不妨先用减法:

    减法解题

    若理解不了 令 (g(x)=e^xcdot f(x))(e^{x+1})(cdot)(f(2x-1))(-)(f(x-2))(>0) ,我们不妨将题目已知条件和结论简化[减去函数构造的综合要求和不等式的恒等变形]为:

    已知函数 (g(x)=e^xcdot f(x)),且定义在 (R) 上的函数 (f(x)) 的导函数为 (f'(x)),若对于任意实数 (xin R),都有 (f(x))(+)(f'(x))(>0) ,则关于 (x) 的不等式 (g(2x-1)>g(x-2)) 的解集为_____________.

    如果还是不行,我们不妨将题目再简化[减去函数的单调性的难度]为:

    已知函数 (g(x)) 是定义在 (R) 上的增函数,则关于 (x) 的不等式 (g(2x-1)>g(x-2)) 的解集为_____________.

    如果还是不行,我们不妨将题目再简化[减去抽象函数的抽象性]为:

    已知函数 (g(x)=e^x),则关于 (x) 的不等式 (g(2x-1)>g(x-2)) 的解集为_____________.

    说明:题目简化到这种程度,已经精简到不能再精简了,其实这应该是上述所有题目的最精简的模型 . 依托具体函数 (g(x)=e^x) 的定义域和单调性,我们解析如下,

    解析:由于函数 (g(x)) 是定义在 (R) 上的增函数,

    故由 (g(2x-1)>g(x-2)) ,得到 (2x-1>x-2),即解得 (x>-1),故所求解集为 ((-1,+infty)).

    那么该如何理解原本的那个题目呢?这次我们采用加法,详述如下:

    加法解题

    首先尝试在最精简模型的基础上,增加定义域的限制,题目变化为:

    已知函数 (g(x)=ln x),则关于 (x) 的不等式 (g(2x-1)>g(x-2)) 的解集为_____________.

    解析:由于 (g(x)=ln x) 的定义域为 ((0,+infty))

    故原不等式等价于 (left{egin{array}{l}2x-1>0\x-2>0\2x-1>x-2end{array} ight.) ,故解集为 ((2,+infty)).

    其次,增加函数的抽象性,变换为抽象函数,题目变化为:

    已知函数 (g(x)) 是定义在 ([-2,2]) 上的增函数,则关于 (x) 的不等式 (g(2x-1)>g(x-2)) 的解集为_____________.

    解析:由于函数 (g(x)) 是定义在 ([-2,2]) 上的增函数,

    故原不等式等价于 (left{egin{array}{l}-2leqslant 2x-1leqslant 2\-2leqslant x-2leqslant 2\2x-1>x-2end{array} ight.) ,故解集为 ([0,cfrac{3}{2}]).

    再次,增加函数的单调性的给出难度,题目变化为:

    已知函数 (g(x)) 的定义域为 ([-2,2]) ,且满足对任意不相等的(x_1,x_2in [-2,2]),都有(cfrac{g(x_1)-g(x_2)}{x_1-x_2}>0) ,则关于 (x) 的不等式 (g(2x-1)>g(x-2)) 的解集为_____________.

    解析:由对任意不相等的(x_1,x_2in [-2,2]),都有(cfrac{g(x_1)-g(x_2)}{x_1-x_2}>0) ,刻画的是单调递增性,

    可知函数 (g(x)) 是定义在 ([-2,2]) 上的增函数,

    故原不等式等价于 (left{egin{array}{l}-2leqslant 2x-1leqslant 2\-2leqslant x-2leqslant 2\2x-1>x-2end{array} ight.) ,故解集为 ([0,cfrac{3}{2}]).

    再次,增加函数的单调性的给出难度,利用奇偶性和单调性结合,题目变化为:

    已知定义在 ([-2,2]) 上的函数 (g(x)) 满足 (g(-x)+g(x)=0),对任意不相等的(x_1,x_2in [0,2]),都有(cfrac{g(x_1)-g(x_2)}{x_1-x_2}>0) ,则关于 (x) 的不等式 (g(2x-1)>g(x-2)) 的解集为_____________.

    解析:由 (g(-x)+g(x)=0) ,可知函数是奇函数,在 ([0,2]) 上单调递增,又定义在 ([-2,2]) 上,

    故其在 ([-2,2]) 上也是单调递增的,

    故原不等式等价于 (left{egin{array}{l}-2leqslant 2x-1leqslant 2\-2leqslant x-2leqslant 2\2x-1>x-2end{array} ight.) ,故解集为 ([0,cfrac{3}{2}]).

    再次,增加函数的单调性的给出难度,由符号法则和导数结合,题目变化为:

    已知定义在 (R) 上的函数 (g(x)) 满足 (e^xcdot g'(x)>0),则关于 (x) 的不等式 (g(2x-1)>g(x-2)) 的解集为_____________.

    解析:本题目在定义域上没有增加难度,但在单调性上增加了难度,

    由函数 (g(x)) 满足 (e^xcdot g'(x)>0),则 (g'(x)>0),故函数 (g(x))(R) 上单调递增,

    故有 (2x-1>x-2),解得 (x>-1),故所求解集为 ((-1,+infty)).

    在上述基础上,增加函数的单调性的给出难度,利用求导法则,题目变化为:

    已知函数 (g(x)=e^xcdot f(x)),且定义在 (R) 上的函数 (f(x)) 的导函数为 (f'(x)),若对于任意实数 (xin R),都有 (f(x))(+)(f'(x))(>0) ,则关于 (x) 的不等式 (g(2x-1)>g(x-2)) 的解集为_____________.

    解析: (g'(x)=e^x[f'(x)+f(x)]>0) ,故函数 (g(x))(R) 上单调递增,

    故有 (2x-1>x-2),解得 (x>-1),故所求解集为 ((-1,+infty)).

    在上述基础上,增加函数的给出难度,利用主动构造函数的思维和求导法则结合,题目变化为:

    已知定义在 (R) 上的函数 (f(x)) 的导函数为 (f'(x)),若对于任意实数 (xin R),都有 (f(x))(+)(f'(x))(>0) ,则关于 (x) 的不等式 (e^{2x-1})(cdot)(f(2x-1))(-)(e^{x-2}cdot f(x-2))(>0) 的解集为_____________.

    解析: (g'(x)=e^x[f'(x)+f(x)]>0) ,故函数 (g(x))(R) 上单调递增,

    而所求 (e^{2x-1})(cdot)(f(2x-1))(-)(e^{x-2}cdot f(x-2))(>0)(g(2x-1)>g(x-2))

    故有 (2x-1>x-2),解得 (x>-1),故所求解集为 ((-1,+infty)).

    在上述基础上,增加代求结论不等式的相关变形,题目变化为:

    已知定义在 (R) 上的函数 (f(x)) 的导函数为 (f'(x)),若对于任意实数 (xin R),都有 (f(x))(+)(f'(x))(>0) ,则关于 (x) 的不等式 (e^{x+1})(cdot)(f(2x-1))(-)(f(x-2))(>0) 的解集为_____________.

    到此,我们用加法将题目的难度一步一步增加到了源题的难度,在此过程中,我们也能理解每一个条件的作用,也自然能回答上述存在的问题。

    关联问题

    尽管我们学生不能想这么多的难度层次,但在此过程中,我们至少应该意识到主动总结函数的各种性质的给出方式,体会其综合应用的过程。

    1、函数的单调性给出方式

    2、求解函数不等式[给定抽象函数]

    3、求解函数不等式[给定具体函数]

    本文来自博客园,作者:静雅斋数学,转载请注明原文链接:https://www.cnblogs.com/wanghai0666/p/14825252.html

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