挖本求源透析“错因”

来源 :考试·高考数学版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ggtand007
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  问题的解决过程包括读题、审题、知识与方法的选择、运算的精度和步骤书写的完美度等诸多程序,任何一个环节都必须仔细认真,否则就会出现这样那样的纰漏,造成纰漏的因素很多,除了知识的匮乏之外,更多在于一个“准”字不够,其呈现形式一般如下:
  1. 题意把握不准、关键词领会不到位,甚至出现看错字句;
  2. 过程跨度大,推理计算不详实、书写欠规范.
  在解题过程中还会出现一些比较隐蔽的另类纰漏,从整个解题过程上看,表面上似乎准确无误,实质上在不知不觉中已经偏离了正确的解题思路,走入误区.追根溯源,这类错误的产生是因为没有深入挖掘问题的本源造成,对一些重要的数学概念、数学思想、基本定理、性质结论理解不到位,有效地进行解题错因分析,加强反馈性训练对于问题的准确解决十分有利.下面列举一些实例来探讨这类问题求解的基本途径和方法.
  例1 设平面向量a=(6,2),b=(-3,k),若a,b的夹角θ是钝角,求k的范围?
  错解:因为a,b的夹角θ是钝角,
  所以cosθ=a•b|a||b|<0,即a•b<0,
  ∴-18+2k<0 ∴k<9
  错因分析:当a,b的夹角θ是钝角时,可以导出a•b<0,但忽视了当“a•b<0”成立时能否导出“a,b的夹角θ为钝角”.实际上,当k=-1时a=(6,2),b=(-3,-1),此时a=-2b,a•b=-18-2=-20<0,成立,但a,b方向相反,夹角为180°,a,b的夹角不是钝角.
  正解:∵a,b的夹角θ为钝角,
  ∴cosθ=a•b|a||b|<0cosθ≠-1即a•b<0a,b不共线 ∴-18+2k<06k+6≠0 ∴k<9k≠-1
  从上面的解法我们还容易得到如下结论:
  若向量a=(x1,y1),b=(x2,y2),则
  (1) 向量a,b的夹角θ为钝角cosθ<0cosθ≠-1a•b<0a,b不共线
  x1x2+y1y2<0x1y2-x2y1≠0
  (2) 向量a,b的夹角θ为锐角cosθ>0cosθ≠1
  a,b>0a,b不共线x1x2+y1y2>0x1y2-x2y1=0
  
  例2 如图,在等腰直角三角形ABC中,过直角顶点C在∠ACB内部任做一条射线CM,与线段AB交与于点M,求AM<AC的概率.(苏教版高中课程标准实验教科书必修3第104页,探究,拓展第6题).
  错解:如图,记“AM<AC”为事件E,由于点M随机地落在线段AB上,故可以认为点M落在线段AB上任一点是等可能的,可将线段AB看做区域D,在线段AB上截取AC′=AC,当点M位线段AC′内时,AM<AC,故线段AC′
  即为区域d,于是P(E)=P(AM<AC′)=AC′AB=ACAB=22
  答:AM小于AC的概率为22
  错因分析:由于本题所作射线CM等可能分布在∠ACB内的任一位置,因此区域D应是∠ACB而不是线段AB,实际上,造成本题错误的原因在于题意理解不到位,即在∠ACB内部任作一射线CM并不等同于在线段AB上等可能地任取一点M,这也就是不能把线段AB看做区域D的根本原因,在此,我们可以作更深层的探究:假设在∠ACB内部任作一射线CM等同于在线段AB上取点M,则M也不是等可能的.这里我们不妨取∠ACE=∠ECF=∠BCF=30°,E,F∈线段AB,如下图所示:
  
  由正弦选定理可得:AEsin30°=ACsin105°=ACsin75°,EFsin30°=CEsin75°
  ∴AE=sin30°sin75°•AC,EF=sin30°sin75°•CE
  显然 BF=AE≠EF
  这样,我们可以看到,在∠ACB内部任作一射线,并不等同于在线段AB上等可能地任取一点M,实质上应该等同于在以点C为圆心,AC为半径的劣弧AB上等可能的任取一点.
  正解:因为射线CM在∠ACB内是等可能分布的,在AB上截取AC′=AC,则∠ACC′=67.5°,故满足条件的概率为67.590=34.
  本题说明了背景相似的问题,当考察的等可能的角度不同时,其概率也是不一样的.在求解本题中,必定会有不少同学采用错解解法,只有引导学生进行深入剖析,挖掘其内在的本质特征,找出错因所在,并找出相关题目进行类比,联系,才能使学生深刻领悟其内在的数学本质,从根本上减少或避免类似错误发生.
  例3 函数f(x)=ax3+3x2-x+1在R上是减函数,求a的取值范围.
  错解:函数的导数f′(x)= 3ax2+6x-1,当f′(x)<0时,f(x)是减函数,则f′(x)= 3ax2+6x-1<0(x∈R).故a<0,且Δ<0,解得a<-3.
  错因分析:f′(x)<0(x∈(a,b))是f(x)在(a,b)上单调递减的充分不必要条件,在解题过程中易误作是充要条件,如f(x)=-x3在R上递减,但f′(x)= -3x2≤0.
  正解:函数的导数f′(x)= 3ax2+6x-1
  (1) 当f′(x)<0时,f(x)是减函数,则f′(x)= 3ax2+6x-1<0(x∈R).
  故a<0,且Δ<0,解得a<-3.
  (2) 当a=-3时,f(x)= -3x3+3x2-x+1=-3x-133+89,易知此时函数也在R上是减函数.综上可知a的取值范围是a≤-3.
  剖析:函数的单调性是函数的一条重要性质,也是高中阶段研究的重点,用导数判断函数的单调性,一定要把握好分界点f′(x)=0的处理情况.在实际应用时当遇到临界点值f′(x)=0的讨论时,要谨慎处理,注意思维的严密性.对于可导函数f(x),其导数与函数单调性的关系,现以增函数为例来说明:
  ① f′(x)>0与f(x)为增函数的关系:f′(x)>0能推出f(x)为增函数,但反之不一定,如函数f(x)= x3在(-∞,+∞)上递增,但f′(x)≥0,∴f′(x)>0是f(x)为增函数的充分不必要条件.
  ② f′(x)≥0与f(x)为增函数的关系:f(x)为增函数可以推出f′(x)≥0,但反之不一定,因为f′(x)≥0,即为f′(x)>0或f′(x)=0,当函数在某个区间内恒有f′(x)=0,则f(x)为常函数,函数不具有单调性,∴f′(x)≥0是f(x)为增函数的必要不充分条件.由以上分析可以得到:当f′(x)≠0时,则f′(x)>0是f(x)为增函数的充分必要条件.
  因此,在遇到类似问题时,可以先避开分界点f′(x)=0的情况,最后检验“f′(x)=0”时是否满足题意.
  通过以上探究,我们找到了问题的本源,发现了错解的根本原因,既开阔了知识视野,又增强了探究学习的能力.在我们平时的教与学的过程中,类似上面的“隐性”错误还有很多,这些错误绝不能简单地认为是“粗心大意”造成的,实际上错误的原因在于对一些潜在的数学知识认识不深刻,没有真正理解问题的本源.我们只有在平时的学习过程中,勤于思考,勇于探究,才能深刻感悟所学知识的数学本质,从根本上减少或避免类似错误的发生.其实,“错误是最好的老师”,错题病例也是财富,特别是一些隐蔽的本质错误,只有认真的追根溯源查找错因,教训才会深刻,建议我们在教与学的过程中,做到建立错题集,随时记录心得体会,经常翻阅,常常提醒,避免再错.
  参考文献:
  (1) 孙枫 “抓教学本质,挖问题本源”,高中数学教与学,2010 (10)
  (2) 任志鸿 《高中优秀教案》(数学必修3, 配新课标苏教版)2006— 11
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