高等数学背景下的考题

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  【摘要】高考命题的专家越来越重视初、高等数学知识的衔接,用初等数学方法来解答,往往蕴含着丰富的数学思想,对于训练思维非常有好处.从线性变换、不动点和凹凸函数三个方面给出例证.
  【关键词】高等数学;高考;数学思想
  随着新课改的不断推进,参与高考命题的专家越来越重视初、高等数学知识的衔接,很多高考题、模拟题的命制都喜欢有着高等数学背景的定理,这些看起来抽象、高深的定理下放到中学试卷中,用初等数学方法来解答,往往蕴含着丰富的数学思想,对于训练思维非常有好处.
  下面我将从线性变换、不动点和凹凸函数三个方面给出例证.
  一、线性变换
  例(2009四川卷)设V是已知平面M上所有向量的集合,对于映射f:V→V,a∈V,记a的象为f(a).若映射f:V→V满足:对所有a,b∈V及任意实数λ,μ都有f(λa μb)=λf(a) μf(b),则f称为平面M上的线性变换,现有下列命题:
  ①设f是平面M上的线性变换,a,b∈V,则f(a b)=f(a) f(b);
  ②若e是平面M上的单位向量,对a∈V,设f(a)=a e,则f是平面M上的线性变换;
  ③对a∈V,设f(a)=-a,则f是平面M上的线性变换;
  ④设f是平面M上的线性变换,a∈V,则对任意实数k均有f(ka)=kf(a).
  其中的真命题是.(写出所有真命题的编号)
  解析
  理解何为“平面M上的线性变换”,是解题关键,对于①④可用特殊值验证,对于②③抓住定义即可.
  对①,令λ=μ=1,则有f(a b)=f(a) f(b),故①是真命题.
  对②,f(b)=b e,且f(λa μb)=λa μb e,而λf(a) μf(b)=λ(a e) μ(b e)=
  λa μb (λ μ)e,但λ μ不恒等于1,故②是假命题.
  对③,有f(b)=-b,則f(λa μb)=-(λa μb)=λ(-a) μ(-b)=λf(a) μf(b)是线性变换,故③是真命题.
  对④,令λ=k,μ=0,则f(ka)=kf(a),故④是真命题.
  认清“平面M上的线性变换”定义是解出这道题的关键.
  二、不动点
  例对于f(x),若存在x0∈R,使f(x0)=x0成立,则称x0是f(x)的不动点.已知函数f(x)=ax2 (b 1)x (b-1)(a≠0).
  (1)当a=1,b=-2时,求函数f(x)的不动点;
  (2)对任意实数b,函数f(x)恒有两个相异的不动点,求a的取值范围.
  解析(1)a=1,b=-2时,f(x)=x2-x-3,若x0是f(x)的不动点,则x02-x0-3=x0,解得x0=-1或x0=3,所以-1和3是f(x)=x2-x-3的两个不动点;
  (2)因为f(x)有两个相异的不动点,所以方程f(x)=x有两个不同的解,所以
  f(x)=ax2 (b 1)x (b-1)=x,即ax2 bx (b-1)=0有两个不等的实根,所以
  Δ=b2-4a(b-1)>0成立,即对任意b∈R,b2-4ab 4a>0恒成立,所以(-4a)2-4·4a<0,
  所以0  只要认清了不动点的定义,这道题很容易用初等数学知识解答.
  三、凹凸函数
  近年高考出现了一类函数——凹凸函数,为更好的体现直观性,给出定义:函数f(x)在区间D=[a,b]内,若x1,x2∈D时有:
  fx1 x22  fx1 x22>f(x1) f(x2)2(x1≠x2),则称f(x)在D内为凸函数.
  从定义可以看出“凹函数”图像是向下凹的,“凸函数”图像则是上凸的.
  例在y=2x,y=log2x,y=x2,y=cos2x这四个函数中,当0f(x1) f(x2)2恒成立的函数的个数是().
  A.0B.1C.2D.3
  解析在区间(0,1)是满足fx1 x22>f(x1) f(x2)2的函数是凸函数,上述四个函数中只有y=log2x在区间(0,1)上是凸函数,故选B.
  出现高等数学背景下的考题时,考生首先是要冷静分析试题,因为这类题目多为新题,是考生平时没见过的内容,因此认清题目考查的本质,从初等数学中找出解题的突破口.期待更多的高等数学背景下的考题出现在高中,这样能更好地考查、锻炼学生的分析、理解问题的能力.
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