楊 陽
(甘肅省靈臺縣第一中學,甘肅 靈臺 744400)
抽象函數(shù)不僅是整個高中數(shù)學教學中的一條重要脈絡,同時,也是為后續(xù)數(shù)學學習打下基礎的關鍵環(huán)節(jié),并且能夠考查學生對于函數(shù)的理解能力和應用能力。在高中數(shù)學中,抽象函數(shù)不僅僅是專項教學內容,也是比較分散、零散的數(shù)學內容,教學難度比較大,學生在理解與解題上難度都比較大。高中生要想快速、高效解決抽象函數(shù)題型,需要選擇科學、合理的解題方法,才能更精準地解題,提高解題的正確率。因此,經(jīng)常在高考試題中出現(xiàn)很多學生在面對抽象函數(shù)時都會覺得束手無策,甚至會在未解題時就已經(jīng)出現(xiàn)了畏懼心理,這對于數(shù)學學習是不利的。因此,對于高中數(shù)學抽象函數(shù)解題策略進行探究是有積極意義的。
在高中數(shù)學抽象函數(shù)的解題過程中,可以借助類比模型進行解題。什么是類比模型呢?高中數(shù)學課堂教學中,數(shù)學教師根據(jù)題干中已知的數(shù)量關系,進行大膽地猜想,進一步形成抽象函數(shù)的原始模型,將抽象函數(shù)的原始模型作為目標猜想。在經(jīng)過分析模型函數(shù)所具備的性質之后,對求解的問題的相關解題方法進行探索、分析。尤其是在求解抽象函數(shù)類型的選擇題或者填空題的時候,學生通過借助類比模型進行推理作答,幫助他們在答題過程中提升了自身的邏輯思維能力,對于最后的結果起到一定的驗證作用。
例如,已知f(x)是定義域為(-∞,+∞)的奇函數(shù),滿足f(1-x)=f(1+x)。如果f(1)=2,那么f(1)+f(2)+f(3)+……+f(50)=()
A.-50 B.0 C.2 D.50
從這個題目中得知,可設f(x)=2sin(π/2),做出f(x)在定義域內圖像,如下圖所示:
基于這個f(x)的圖像可以得知,f(x)的一個周期為4,
因此,f(1)+f(2)+f(3)+……+f(50)=12×[f(1)+f(2)+f(3)+f(4)]+f(1)+f(2)=2,所以,得出最后的答案為2,基于以上,本道題選擇C。
對于抽象函數(shù)圖像中雙對稱問題,一般可以使用正弦函數(shù)和余弦函數(shù)的圖像以及性質為基本數(shù)學模型,求解抽象函數(shù)的數(shù)學問題,將抽象的函數(shù)問題轉化成為具體的問題,從特殊問題轉化成為一般問題的數(shù)學思想。使用聯(lián)想類比思想,促使學生能夠更好地解決抽象函數(shù)問題。
例如,某函數(shù)f(x)是定義域為R的函數(shù),對于任意實數(shù)x和y都滿足f(x+y)=f(x)·f(y),并且在x1≠x2的時候,f(x1)≠f(x2)。求解f(0)的值是多少?并對函數(shù)f(x)的奇偶性進行判斷,說明理由。
當實數(shù)x和實數(shù)y都等于0 的時候,那么f(0)=[f(0)+f(0)]=2f(0),所以f(0)的值為0 或者為1。
當f(0) 的值為 0 的時候,由于f(x+y)=f(x)·f(y),假設x為0,y為1,那么f(0)=0.
但是這并不滿足已知條件在x1≠x2的時候,f(x1)≠f(x2)。
因此,f(0)≠0。
由此可知,f(0)=1,此函數(shù)正好滿足指數(shù)函數(shù)圖像中點(0,1)的特點。
又因為f(0)≠0,函數(shù)的定義域又為R,
因此,f(x)不是奇函數(shù)。
而且在x≠0 的時候,-x≠x,f(-x)≠f(x),
所以,f(x)不是偶函數(shù)。
由此可得,f(x)不具備奇偶性。
可見該模型的結構特征滿足于指數(shù)函數(shù),所以學生在解決抽象函數(shù)問題的過程中,可以通過類比指數(shù)函數(shù)的性質輕松得到最后的答案。另如,函數(shù)f(xy)=f(x)+f(y),這一數(shù)學模型的基本結構特征滿足對數(shù)函數(shù)的基本性質,學生們在解決這一類型的抽象函數(shù)時,可以通過類比對數(shù)函數(shù)的性質,求得最后的答案。
基于以上分析可知,使用類比思想解決抽象函數(shù)問題的時候,學生需要了解各種函數(shù)的基本性質特征,便于深度挖掘題干中的隱藏信息,使復雜抽象問題簡單化。
數(shù)學中抽象函數(shù)問題的解決需要建立相應的數(shù)學意識,同時和相應的數(shù)學思維也存在一定的關聯(lián)性。不能簡單地依靠數(shù)學公式的套用,還需要學會舉一反三,靈活、自由地使用數(shù)學公式、定理,做好數(shù)學公式的多變處理,通過使用扎實的基礎知識解決更多的抽象函數(shù)問題。而這其中,學生通過配方法的運用,靈活自由地對高中數(shù)學中抽象函數(shù)問題進行解決。
配方法指的是將數(shù)學式子通過定向變形,配成完全平方的形式,這種數(shù)學解題技巧一般都是通過找尋題目中的已知條件、隱藏條件,探討二者其中的聯(lián)系,通過化繁為簡,有效降低抽象函數(shù)難度,提升學生函數(shù)解題率。如何使用配方法、在什么樣的數(shù)學條件之下使用配方法?需要做好相應的分析、預測,通過科學、合理地分析嘗試,運用添項等方法完成配方。通常情況之下,配方法一般適用于恒等變形以及二次方程以及二次不等式之中,有的平移、交換問題也可以使用配方法。配方法的使用是按照完全平方公式,得到最后基本配方形式,一般在抽象函數(shù)相關習題解題之中使用的比較多,基于其他的數(shù)學知識、基本定理、基本性質,通過使用配方法,使問題順利得到解決。
在高中數(shù)學課堂教學過程中,抽象函數(shù)是比較重要的教學內容,學生在學習抽象函數(shù)的時候,要合理地把握函數(shù)的定義域、單調性、周期等基本性質,了解基本性質之后,將簡單的數(shù)值代入,以此來解決抽象函數(shù)的難點問題。賦值法指的是已知函數(shù)滿足所有性質,也就是一般性條件,賦予比較特殊的數(shù)值,從而得出抽象函數(shù)最終需要滿足的基本性質。高中數(shù)學教師在給學生們講解抽象函數(shù)知識的時候,可使用賦值法解決抽象函數(shù)問題。
例如,已知函數(shù)y=f(x)是定義在R上的奇函數(shù),而且f(3)=0,對任意x∈R,都有f(x+6)=f(x)+f(6)成立,那么f(2007)=()。
A.2006 B.2007 C.2008 D.0
從這個題目中可以了解到:f(-3)=0,取x=-3 代入f(x+6)=f(x)+f(6),得出f(6)=0,f(x+6)=f(x),周期為6,從而就得到最后的答案,那么這道題就選擇D。
再比如,已知定義域為R 的函數(shù)f(x)滿足f(f(x)-x2+x)=f(x)-x2+x,假設有且僅有一個實數(shù)x0,使得f(x0)=x0,求得f(x)的解析表達式。滿足f(x0)=x0的實數(shù)x0唯一,由f(f(x)-x2+x)=f(x)-x2+x可以解:
對任意x∈R,有f(x)-x2+x=x0,
在上式之中,令x=x0有f(x0)-x02+x0=x0。
又f(x0)=x0得x0-x02=0,
所以,x0=0 或者x0=1。
如果x0=0,方程f(x)=x有兩個根,所以x0≠0;
如果x0=1,那么f(x)=x2-x+1。
最后驗證這一函數(shù),滿足題干已知條件。
在解決抽象函數(shù)問題時,首先要了解函數(shù)的概念和性質,眾所周知,函數(shù)指的是在一個變化過程中,發(fā)生變化的量為變量,而有些數(shù)值是不會隨著變量而改變的,稱為常量,通常變量設置為x,而y 會隨著x 值的變化而產(chǎn)生變化。并且函數(shù)具有對稱性、周期性、單調性、奇偶性等性質,通過對于題目的觀察,進行細致地分析,并且給變量賦予特殊值,從而達到簡化函數(shù)的目的,將已知條件進行轉化,解決函數(shù)問題。
例如,如果奇函數(shù) f(x)(x∈R),滿足 f(2)=1,f(x+2)=f(x)+f(2),則f(1)等于多少?這時候,給變量賦予特殊值,則解題步驟如下:
對于f(x+2)=f(x)+f(2),令x=-1,得出f=(-1)+f(2),也就是f(1)=-f(1)+1,得出2f(1)=1,所以f(1)=1/2。
在抽象函數(shù)中,“穿”指的是加上函數(shù)符號,“脫”則指的是去掉函數(shù)符號,由于函數(shù)本身具有單調性。因此,在解決函數(shù)問題時,為了能夠有效簡化函數(shù)的難度,加上函數(shù)符號或者去掉函數(shù)符號,從而達到解決問題的目的。
例如,已知函數(shù)f(x)是定義在(0,+∞)上的增函數(shù),且滿足對于任意的正實數(shù)x、y,都有f(x·y)=f(x)+f(y),且f(2)=1,解不等式f(x)>f(x-2)+3。利用函數(shù)的單調性,解題步驟如下:
f(x)>f(x-2)即f(x)>f(x-2)+f(8),即f(x)>f[8(x-2)],由于函數(shù)f(x)是定義在(0,+∞)上的增函數(shù),則x>8(x-2),也就是 x<16/7,依據(jù)題目中的內容,有x>0,x-2>0,從而得出不等式的解集為(2,16/7)。
由于抽象函數(shù)本身具有一定的抽象性,直接解答題目相對來說比較困難。為了能夠簡化問題,可以采用模型化策略,也就是結合題目給出的關系進行猜想,生成函數(shù)的原始模型,再與函數(shù)的性質相結合,對于解題的方式進行探索。當遇到選擇題或者填空題時可以利用這種方法解決,遇到解答題無法直接用模型函數(shù)解決的,也可以幫助學生展開思路,并且在進行驗證時也可以使用這一方法。
例如,設定義在R 上的函數(shù)f(x)對于任意x,y 都有f(x+y)=f(x)+f(y),且f(1)=-2,當x>0 時,f(x)<0,判斷f(x)的奇偶性,并加以證明。題目中說明了對于任意x,y 都有f(x+y)=f(x)+f(y),可以以此為基礎猜想抽象函數(shù)f(x)生成的原始模型,f(x)=kx,由于x>0 時,f(x)<0,可以得知k<0。因此,這個問題可以進行大膽地猜想,函數(shù)f(x)是奇函數(shù)。雖然這只是結合題目進行的猜想,并不能作為證明,但是當有了猜想時,也就有了解題思路,在此基礎上進行解答,能夠有效簡化函數(shù)的難度。解題步驟如下:
令x=y=0,可以得出f(0)=0,令y=-x,則f(0)=f(-x)+f(x),即f(-x)=-f(x),則f(x)為奇函數(shù)。
通常來說,函數(shù)的定義域本質上是為了表述一個抽象函數(shù)自身的變量取值的范圍,尤其對于一個函數(shù)從實際的問題初決定時,就需要能夠根據(jù)實際的情況,確定自變量的取值范圍。但是,當題目沒有明確地在一個函數(shù)解析式中指出其定義域,那么針對整個解析式來說,定義域能夠幫助這個函數(shù)有意義的自變量取值范圍。
例如,當題目給出已知(1,3)是函數(shù)y=f(x3)這一定義域時,要求y=f(x)的定義域,那么,在解題時,就可以將(1,3)是函數(shù)y=f(x3)的定義域,即1≤x≤3,由此可知,1≤x3≤27,這樣能夠直接得出,函數(shù)f(x)的定義域就是(1,27)。
而一個函數(shù)由內部的所有函數(shù)值組成的值域,函數(shù)的值域則是由定義域以及對應法展開確定,這時不論使用任何解題的方式,都需要提高對于定義域以及對應法則的重視。在展開函數(shù)值解題的過程中,對題目進行性質上的分析,最后再將特殊值代入特定的變量之中,以此完成對于數(shù)值的計算。
而在開展x=y(tǒng)=0 的解題當中,當已知f(0)=f(0)·f(0)=f2(0),所以f(0)=0,就需要能夠根據(jù)題意有f(x)=f(x+0)=f(x)·f(0)=0,這時,繼續(xù)解題就需要能夠將任意的實數(shù)x 都成立,折舊和已知條件存在x2≠x1,使f(x2)≠f(x1),矛盾了,所以,f(0)≠0,即是f(0)=1。又因為f(x+y)=f(x)·f(y)對于任意實數(shù)x,y 都能夠成立,所以,對于任意的實數(shù)x 都有:f(x)等于f(x/2+x/2)=f(x/2)··f(x/2)=f2(x/2)≥0,現(xiàn)在就只需要反證法證明f(x)≠0 對于任意實數(shù)x 都能夠成立。
如若存在實數(shù)x0,使f(x0)=0,那么對于f(0)=f(x0—x0)=f(x0)·f(-x0)等于0,這就與f(0)≠0 之間產(chǎn)生矛盾,可以證得f(x)≠0 對于任意的實數(shù)x 都能夠成立,所以,f(x)>0。綜上所述,函數(shù)的f(x)的值域為(0,+∞)。
綜上所述,在高中數(shù)學抽象函數(shù)教學中,學生可以運用賦值法、構造模型法、數(shù)形結合法等相應的解題方法,能夠更妥善地解決抽象函數(shù)問題,提升解題的正確效率。除此之外,高中數(shù)學教師還應該不斷追蹤抽象函數(shù)圖像等命題角度,尊重命題的基本規(guī)律,幫助學生們解決抽象函數(shù)問題。在學習抽象函數(shù)的時候,高中生就需要培養(yǎng)自身的思維意識,掌握多種解題方法,舉一反三,才能在面對不同抽象函數(shù)問題的時候靈活自由地解題。不僅如此,在開展實際的教學活動中,教師應深入觀察學生的學習情況,采用多媒體等教學方式,幫助學生提升自身的思維能力以及培養(yǎng)學生的協(xié)作式學習,要從實際出發(fā),充分運用已有的教學工具,幫助學生提高解答抽象函數(shù)的能力以及提升學生解題的質量,讓學生能夠在正確方向的解題思路上不斷前行。