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函数作为高中数学的主要内容,贯穿于整个高中教学的始终,也是高考中考查的重点.函数的定义域是函数的重要要素之一,在函数部分有很重要的地位,它是研究函数关系式、值域、单调性、奇偶性的基础.本文就苏教版必修1教材中第一章函数部分定义域与其他内容间的联系作简单研究.
一、定义域和函数解析式
函数定义中,非空数集A中的元素根据对应法则与非空数集B中的元素产生了对应,故定义域又称为自变量的取值范围.
我们在谈函数的时候离不开定义域和对应法则,定义域应该放在对应法则之前考虑.我们在教学及学生在学习中都偏向于对应法则,即更为直观的解析式,实际上离开定义域谈函数就成了空中建楼阁.
例1 判断函数y=|x|与函数y=(x)2是否为同一函数.
解 ∵函数y=|x|的定义域为R,函数y=(x)2的定义域为[0,+∞),
∴函数y=|x|与函数y=(x)2不是同一函数.
函数关系式包括定义域和对应法则,定义域是函数关系式的重要组成部分,所以在求函数的关系式时必须考虑所求函数关系式的定义域,否则所求函数关系式可能会出错.
例2 现有一根铁丝长60 cm,欲围成一个矩形,求围成矩形的最大面积S.
解 设矩形的长为x cm,则宽为(30-x) cm。由题意,得S=x(30-x),S=-x2+30x,当x=15时,Smax=225.
作为一个简单的应用题,采用如此做法得到了正确的结果,实则存在大大的漏洞,函数关系式还不完整,缺少自变量x的范围,也就是说数学离开了生活.因为当自变量x取大于30的数时,根本不能围成矩形,这与实际问题相矛盾,所以还应补上自变量x的范围0 在用函数方法解决实际问题时,必须注意函数定义域的取值范围对实际问题的影响.
二、定义域对函数最值、值域的影响
函数的最值在教材中是这样介绍的:一般地,设y=f(x)的定义域为A,若存在x0∈A,使得对于任意的x∈A,都有f(x)≤f(x0)(f(x)≥f(x0)),那么f(x0)为函数的最大值(最小值).所以说最值指的是定义域上的最值,脱离定义域讨论最值、值域是没有意义的.
例3 求函数y=x2-2x在[-2,5]上的最值、值域.
错解 ∵y=x2-2x=(x2-2x+1)-1=(x-1)2-1,
∴当x=1时,ymin=-1,值域为[-1,+∞).
本题是一个简单的二次函数给定范围求最值的问题,学生容易犯一个错误,误认为最小值为-1,无最大值.产生这种错误的根源在于忽略了函数的定义域,仍然认为定义域为R,而没有注意到已知条件发生变化.
∵-2≤1≤5,
∴f(-2)=(-2)2-2×(-2)=0,f(5)=52-2×5=15.
∴f(x)max=max{f(-2),f(5)}=f(5)=15.
∴函数y=x2-2x在[-2,5]上的最小值是-1,最大值是15,值域为[-1,15].
例4 求函数y=x+2x-3的最值、值域.
解 令x-3=t,则x=t5+3,y=t2+2t+3=(t+1)2+2≥2,
∴ymin=2,无最大值,值域为[2,+∞).
本题最大的错误在于换元时引入了新的变量t,却没有对其范围加以说明,也就是换元后的函数失去了应有的定义域.对于函数y=t2+2t+3应有t≥0,函数在[0,+∞)单调递增,故最小值为3,无最大值,值域为[3,+∞).
三、定义域前提下的函数单调性、奇偶性
函数单调性是函数的第一个重要性质,是指函数在给定的定义域区间上函数自变量变大时,函数值随着增减的情况,所以讨论函数单调性必须在给定的定义域区间上进行,而求出的单调区间必然是定义域的子集.
例5 指出函数f(x)=log2(-x2+2x)的单调区间.
解 ∵-x2+2x>0,∴-2 ∴函数定义域为(-2,0).
令u=-x2+2x,知在x∈(-2,-1)上时, u为增函数;
在x∈(-1,0)上时,u为减函数.
又 ∵f(x)=log2u在[0,+∞)是增函数,
∴函数f(x)=log2(x2+2x)在(-2,-1)上是增函数,在(-1,0)上是减函数.
即函数f(x)=log2(x2+2x)的单调递增区间是(0,+∞),单调递减区间是(-∞,-2).
本题中,学生容易得出错误的结论:在(-∞,-1)上是增函数,在(-1,+∞)上是减函数.这种错误是因为学生在平时做题时机械地模仿,忽略了解题方法的内涵.
奇偶性是函数又一个重要性质.如何判断函数的奇偶性,教学中应强调判断步骤,第一步必先判断定义域是否关于原点对称,若不对称则函数为非奇非偶函数,若对称则继续考虑f(x)与f(-x)的关系.
例6 判断函数f(x)=4-x2|x+3|-3的奇偶性.
解 4-x2>0,|x+3|-3≠0,解得定义域为(-2,0)∪(0,2),关于原点对称.
f(x)=4-x2|x+3|-3=4-x2x,
f(-x)=4-(-x)2-x=-f(x),
∴函数f(x)=4-x2|x+3|-3为奇函数.
本题中,必须先求定义域,没有定义域则不能化简,不化简则会得出f(x)与f(-x)没有关系,进一步得出f(x)为非奇非偶函数的错误结论.
定义域作为函数基本要素之一,在学习函数其他内容时它是基础、是前提,在求解函数关系式、最值(值域)、单调性、奇偶性等问题中更是重要的前提条件.提起函数不忘定义域,有利于培养学生的大局观,有利于培养学生的思维品质.
一、定义域和函数解析式
函数定义中,非空数集A中的元素根据对应法则与非空数集B中的元素产生了对应,故定义域又称为自变量的取值范围.
我们在谈函数的时候离不开定义域和对应法则,定义域应该放在对应法则之前考虑.我们在教学及学生在学习中都偏向于对应法则,即更为直观的解析式,实际上离开定义域谈函数就成了空中建楼阁.
例1 判断函数y=|x|与函数y=(x)2是否为同一函数.
解 ∵函数y=|x|的定义域为R,函数y=(x)2的定义域为[0,+∞),
∴函数y=|x|与函数y=(x)2不是同一函数.
函数关系式包括定义域和对应法则,定义域是函数关系式的重要组成部分,所以在求函数的关系式时必须考虑所求函数关系式的定义域,否则所求函数关系式可能会出错.
例2 现有一根铁丝长60 cm,欲围成一个矩形,求围成矩形的最大面积S.
解 设矩形的长为x cm,则宽为(30-x) cm。由题意,得S=x(30-x),S=-x2+30x,当x=15时,Smax=225.
作为一个简单的应用题,采用如此做法得到了正确的结果,实则存在大大的漏洞,函数关系式还不完整,缺少自变量x的范围,也就是说数学离开了生活.因为当自变量x取大于30的数时,根本不能围成矩形,这与实际问题相矛盾,所以还应补上自变量x的范围0
二、定义域对函数最值、值域的影响
函数的最值在教材中是这样介绍的:一般地,设y=f(x)的定义域为A,若存在x0∈A,使得对于任意的x∈A,都有f(x)≤f(x0)(f(x)≥f(x0)),那么f(x0)为函数的最大值(最小值).所以说最值指的是定义域上的最值,脱离定义域讨论最值、值域是没有意义的.
例3 求函数y=x2-2x在[-2,5]上的最值、值域.
错解 ∵y=x2-2x=(x2-2x+1)-1=(x-1)2-1,
∴当x=1时,ymin=-1,值域为[-1,+∞).
本题是一个简单的二次函数给定范围求最值的问题,学生容易犯一个错误,误认为最小值为-1,无最大值.产生这种错误的根源在于忽略了函数的定义域,仍然认为定义域为R,而没有注意到已知条件发生变化.
∵-2≤1≤5,
∴f(-2)=(-2)2-2×(-2)=0,f(5)=52-2×5=15.
∴f(x)max=max{f(-2),f(5)}=f(5)=15.
∴函数y=x2-2x在[-2,5]上的最小值是-1,最大值是15,值域为[-1,15].
例4 求函数y=x+2x-3的最值、值域.
解 令x-3=t,则x=t5+3,y=t2+2t+3=(t+1)2+2≥2,
∴ymin=2,无最大值,值域为[2,+∞).
本题最大的错误在于换元时引入了新的变量t,却没有对其范围加以说明,也就是换元后的函数失去了应有的定义域.对于函数y=t2+2t+3应有t≥0,函数在[0,+∞)单调递增,故最小值为3,无最大值,值域为[3,+∞).
三、定义域前提下的函数单调性、奇偶性
函数单调性是函数的第一个重要性质,是指函数在给定的定义域区间上函数自变量变大时,函数值随着增减的情况,所以讨论函数单调性必须在给定的定义域区间上进行,而求出的单调区间必然是定义域的子集.
例5 指出函数f(x)=log2(-x2+2x)的单调区间.
解 ∵-x2+2x>0,∴-2
令u=-x2+2x,知在x∈(-2,-1)上时, u为增函数;
在x∈(-1,0)上时,u为减函数.
又 ∵f(x)=log2u在[0,+∞)是增函数,
∴函数f(x)=log2(x2+2x)在(-2,-1)上是增函数,在(-1,0)上是减函数.
即函数f(x)=log2(x2+2x)的单调递增区间是(0,+∞),单调递减区间是(-∞,-2).
本题中,学生容易得出错误的结论:在(-∞,-1)上是增函数,在(-1,+∞)上是减函数.这种错误是因为学生在平时做题时机械地模仿,忽略了解题方法的内涵.
奇偶性是函数又一个重要性质.如何判断函数的奇偶性,教学中应强调判断步骤,第一步必先判断定义域是否关于原点对称,若不对称则函数为非奇非偶函数,若对称则继续考虑f(x)与f(-x)的关系.
例6 判断函数f(x)=4-x2|x+3|-3的奇偶性.
解 4-x2>0,|x+3|-3≠0,解得定义域为(-2,0)∪(0,2),关于原点对称.
f(x)=4-x2|x+3|-3=4-x2x,
f(-x)=4-(-x)2-x=-f(x),
∴函数f(x)=4-x2|x+3|-3为奇函数.
本题中,必须先求定义域,没有定义域则不能化简,不化简则会得出f(x)与f(-x)没有关系,进一步得出f(x)为非奇非偶函数的错误结论.
定义域作为函数基本要素之一,在学习函数其他内容时它是基础、是前提,在求解函数关系式、最值(值域)、单调性、奇偶性等问题中更是重要的前提条件.提起函数不忘定义域,有利于培养学生的大局观,有利于培养学生的思维品质.