函数思想:常量进入变量数学的通行证,需警惕思维的转变
初中的数学课程,首先引入了一元二次方程,然后引入了二次函数。这是数学课程中首次引入函数概念,意味着新的思维方法和内容的接触,比如可以把二次函数与横轴的交点问题,理解为一元二次方程的求解问题。
函数思想是中学数学的中心主题,特别是高中数学的一条主线。函数是常量数学进入变量数学的一个标志,函数概念的引入,使大量数学问题得到了统一,比如中学数学中的一些问题:方程,不等式,数列,三角等内容都可以归结为函数;在解析几何中也渗透了函数思想;可以考虑函数构造,利用函数的单调性等问题来解决其他问题;在实际问题中,对于相关联的两个或几个量,如果一个或几个量的变化能引起另一个量的变化,则可以用变量来建立函数关系转化为数学问题。
面对具体的函数,常规的思路要考虑函数的性质,比如:有界性,最值问题;单调性;奇偶性;周期性;连续性;凹凸性;可导性等等。也会考虑函数的反函数,函数的复合等问题。
中学阶段,基本上会从前面的这些角度,学习到基本初等函数:幂函数、指数函数、对数函数、三角函数、反三角函数以及整式函数、分式函数。
数形结合
熟练运用数形结合的思想,不仅能够有效地解决问题,还能够认识问題的本质,加深对数学知识的理解,提高解题能力。总结大量的解题经验可知:当寻找解題思路发生困难的时候、不妨从数形结合的观点去探索;当解题过程的复杂运算使人望而生畏时,不妨从数形结合的观点去开辟路;当需要检验结论的正确性时,不妨从数形结合的观点去验证。
中学数学中,数形结合的常用情形主要有以下几类:
与函数相关的同题,函数的图像及性质作为回题解决的突破口。
方程与不等式的求解问题,如果方程或不等式两边的表达式有明显的几何意义。
与复数有关的问题,考虑复数及其运算的几何意义。
求最值得问题,通过图形的性质等直观的优势得到思路。
平面几何不易直接解决的问题,可借助于坐标系,把图形的几何性质表示为图形中点的坐标之间的关系。
不等式x>(x-1)分之6地解集?
分析:不等式两边分别作为两个函数,不等式的求解问题就转变为函数图像的位置关系,进一步转换为求解两个函数的交点问题,结合图像可以很容易地找到问题的答案。
函数与方程思维
函数描述的两个集合之间的映射或对应关系,也即自变量和因变量;而方程联系的是已知量和未知量之间的关系,这和函数能联系到一起,是因为可以把函数中的因变量取某值,而去寻找自变量,那么问题就变为了方程问题;所以很多的方程求解问题,都会涉及到函数思维和工具的使用。
在重力作用且忽略摩擦力的情况下,一个质点在一点A以速率为零开始,沿某条曲线,去到一点不高于A的B,怎样的曲线能令所需的时间最短呢?这就是最速降线问题,又称最短时间问题、最速落径问题。
直观的感觉是,两点之间直线最短,但如果质点走的路径是最短路径,由于恒定的加速度导致全程的速度不够快;如果换一个能有较大加速度路径,会导致路径变长;那么到底怎样才能找到最优解呢?
关于该问题,通过机械能守恒得到包含微分和积分的方程,而方程的解即是最速降线。
无论是实际的应用,还是数学高阶内容的学习,函数都是无法避免的数学对象,在函数的基础上引入了新的运算——微积分,产生了新的方程——微分方程、积分方程,对方程求解产生了各种数值解算法等等丰富的内容。因此,函数思想是必须要掌握的一种基本能力。
(究尽数学)
