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高中数学问题中复合函数结构非常普遍,因为仅靠七个基本初等函数来认识和研究函数是远远不够的,但是复合函数本身又有很多限制,几十年来高考复习中出现了很多错误的认识,一定要纠正过来,否则教给学生的是错误的答案或问题,而复合函数本身什么时间引入比较合适呢?也是值得思考的,本文就对复合函数几方面的认识谈自己的见解。
1.函数定义域
人教A版必修一第17页有一道问题:
问题一:(例1 )已知函数.
(1)求函數的定义域;
(2)求的值;
(3)当a>0时,求f(a),f(a-1)的值。
分析:函数的定义域通常由问题的实际背景确定,如前所述的三个实例,如果只给出解析式y=f(x),而没有指明它的定义域,那么函数的定义域就是指能使这个式子有意义的实数的集合。
即:自变量的取值范围--自变量取值的集合就是函数的定义域,用符号语言表示为:若函数f(x)的定义域为集合A,则有意义,无意义。
2.复合函数的定义域
问题二:
(1)已知函数f(x)的定义域为(-1,1),求函数f(x-1) f(1-2x)的定义域。
(2)已知函数f(x-1)的定义域为(-1,2),求函数f(x)的定义域。
(3)已知函数f(x 1)的定义域为(--2,0),求函数f(1-3x)的定义域。
显然以上三个问题中的函数,既不是具体背景的函数,也不是给出解析式的函数,解决这三个问题的定义域问题的知识基础是什么?
从函数结构上来看,它们都是复合函数,对于复合函数而言,有以下认识:
已知函数f(g(x))的定义域,求f(x)的定义域等价于求g(x)的值域,基本上全国99%的老师们都是这样认识且讲给学生的,这里认识存在严重的逻辑问题。
设f(x)的定义域为D,g(x)的值域为E,只要即可。
也就是说,g(x)的值域只是映射f作用于原象取值(定义域)的子集就可以了,从逻辑上看,根本无法确定f(x)的定义域。
因此对以上三个问题都无法求解,造成几乎全国高中老师都犯错误的原因是对复合函数的认识不够。综观高中教材,必修一教材中根本没有提到复合函数的概念,为什么出现这样的问题呢?究其原因是全国满天飞的资料根本没有认识清楚,就使用了,造成几十年来的错误认识,对复合函数而言,同样的错误认识还有:
问题三:
已知函数f(x)=log3x 2,1≤x≤9,求函数y= [f(x) ]2 f(x2),求函数 的最大值.
简析:本题是一道经典问题,几乎有二十多年的历史了,在高三复习资料中,很容易找到,其实这道问题没有答案,因为复合函数的定义域告诉我们,没办法求出确切的所求函数的定义域,而几十年来,大家一直停留在:的错误认识中,现在一定要纠正过来,给大家一个正确的认识,本题没办法求解,是一道错题。
除了定义域问题,还有函数解析式方面的错误认识:
3.函数的解析式
问题四:
已知,求f(x)的解析式.
几乎所有的见到的资料都是以下解法:
解:∵,
∴f(x)=x2-2。
貌似天衣无缝,没有任何问题,基本所有老师讲到该题时都是千篇一律的格式,可能认为出现问题,也是没有考虑定义域,根据上面的认识定义域本身都是问题,大
家可以检验以下:是不是符合已知条件呢?答案是肯定的,为什么出现问题呢?都是复合函数惹的祸。
4.复合函数的引入思考一
现在的问题是,要不要引入复合函数呢?
答案是肯定的,因为:人教A版选修2-2第16-17页
思考:如何求函数y=ln(x 2)的导数呢?
我们无法用现成的方法求函数y=ln(x 2)的导数,下面,我们先分析这个函数的结构特点.
若设u=x 2(x>-2),则y=lnu,从而y=ln(x 2)可以看成是由y=lnu和u=x 2(x>-2)经过“复合”得到的。即y可以通过中间变量u表示为自变量x的函数.
如果把y与u的关系记作y=lnu,u和x的关系记作u=g(x),那么这个“复合”过程可表示为:y=f(u)=f(g(x))=ln(x 2).
我们遇到的许多函数都可以看成是由两个函数经过“复合”得到的.例如,函数 由y=(2x 3)2由y=u2和u=2x 3复合”而成,等等。
一般地,对于两个函数y=f(u)和u=(g(x),如果通过变量u,y可以表示成x的函数,那么称这个函数为函数y=f(u)和u=(g(x)的复合函数(composite function),记作y=f(g(x)).
复合函数y=f(g(x))的导数和函数y=f(u),u=(g(x)的导数间的关系为:
yx’=yu’ · ux’
即y对x的导数等于y对u的导数与u对x的导数的乘积。
由此可得,y=ln(x 2)对x的导数等于y=lnu对u的导数与u=x 2对x的导数的乘积,即:
yx’=yu’ · ux’=(lnu)’·(x 2)’。
课本随之给出例4,三个复合函数的求导运算.
那么问题是:到导数时才引入复合函数吗?仁者见仁、智者见智,笔者的想法是早一点引入:
5.复合函数的引入思考二
复合函数的单调性问题
问题五:
已知函数,求f(x)的单调区间。
复合函数的单调性法则是:同增异减,因为对这样的问题等导数学完后求导面临着简单问题复杂化,而复合函数的研究就是一种很好的途径,并且其理论使用是没有问题的。
基于以上认识,在引入复合函数时要慎重,对复合函数的问题最好做到:要能回避的尽量回避,需要研究的还需认真研究,这样道理会讲的清楚些,比如:
问题六:
1.若函数f(x)=ln(x2 x m)的定义域为R,求实数m的取值范围。
2.已知函数f(x)=ln(x2 x m)的值域为R,求实数m的取值范围。
分析:这两个问题研究的是同一个函数,只是两个方面的问题,第一道题不难理解,是△<0的问题,第二道问题是△≥的产物,究其原因还是复合函数的作用,f(x)=ln(x2 x m)是由f(x)=lnu,u=x2 x m复合得到,然后再把内函数u=x2 x m关联到一元二次方程x2 x m=0,几何直观转化完成问题的分析与求解,但对第二道题来说,解释的还是不够科学,笔者认为用下列解释是否便于真正理解呢?
若函数f(x)=ln(x2 x m)的值域为R,则x2 x m>0在R上不恒成立?
如果把此问题搞清楚,原问题就容易理解了。
证明:假设x2 x m>0在R上不恒成立,则存在正数n,使得x2 x m>n,
故有:ln(x2 x m)>lnu,所以f(x)的值域为,与f(x)的值域为R矛盾,即假设不成立,因此若函数f(x)=ln(x2 x m)的值域为R,则x2 x m>0在R上不恒成立。在使用判别式是顺理成章的事情,道理讲的很明白、直接,究其原因还是复合函数的功劳,所以对复合函数这一概念在学习完幂函数后再引入是非常合适的。
以上问题的分析,对于复合函数,引入要适宜,使用要慎重,千万不要传递给学生一些错误的认识。
1.函数定义域
人教A版必修一第17页有一道问题:
问题一:(例1 )已知函数.
(1)求函數的定义域;
(2)求的值;
(3)当a>0时,求f(a),f(a-1)的值。
分析:函数的定义域通常由问题的实际背景确定,如前所述的三个实例,如果只给出解析式y=f(x),而没有指明它的定义域,那么函数的定义域就是指能使这个式子有意义的实数的集合。
即:自变量的取值范围--自变量取值的集合就是函数的定义域,用符号语言表示为:若函数f(x)的定义域为集合A,则有意义,无意义。
2.复合函数的定义域
问题二:
(1)已知函数f(x)的定义域为(-1,1),求函数f(x-1) f(1-2x)的定义域。
(2)已知函数f(x-1)的定义域为(-1,2),求函数f(x)的定义域。
(3)已知函数f(x 1)的定义域为(--2,0),求函数f(1-3x)的定义域。
显然以上三个问题中的函数,既不是具体背景的函数,也不是给出解析式的函数,解决这三个问题的定义域问题的知识基础是什么?
从函数结构上来看,它们都是复合函数,对于复合函数而言,有以下认识:
已知函数f(g(x))的定义域,求f(x)的定义域等价于求g(x)的值域,基本上全国99%的老师们都是这样认识且讲给学生的,这里认识存在严重的逻辑问题。
设f(x)的定义域为D,g(x)的值域为E,只要即可。
也就是说,g(x)的值域只是映射f作用于原象取值(定义域)的子集就可以了,从逻辑上看,根本无法确定f(x)的定义域。
因此对以上三个问题都无法求解,造成几乎全国高中老师都犯错误的原因是对复合函数的认识不够。综观高中教材,必修一教材中根本没有提到复合函数的概念,为什么出现这样的问题呢?究其原因是全国满天飞的资料根本没有认识清楚,就使用了,造成几十年来的错误认识,对复合函数而言,同样的错误认识还有:
问题三:
已知函数f(x)=log3x 2,1≤x≤9,求函数y= [f(x) ]2 f(x2),求函数 的最大值.
简析:本题是一道经典问题,几乎有二十多年的历史了,在高三复习资料中,很容易找到,其实这道问题没有答案,因为复合函数的定义域告诉我们,没办法求出确切的所求函数的定义域,而几十年来,大家一直停留在:的错误认识中,现在一定要纠正过来,给大家一个正确的认识,本题没办法求解,是一道错题。
除了定义域问题,还有函数解析式方面的错误认识:
3.函数的解析式
问题四:
已知,求f(x)的解析式.
几乎所有的见到的资料都是以下解法:
解:∵,
∴f(x)=x2-2。
貌似天衣无缝,没有任何问题,基本所有老师讲到该题时都是千篇一律的格式,可能认为出现问题,也是没有考虑定义域,根据上面的认识定义域本身都是问题,大
家可以检验以下:是不是符合已知条件呢?答案是肯定的,为什么出现问题呢?都是复合函数惹的祸。
4.复合函数的引入思考一
现在的问题是,要不要引入复合函数呢?
答案是肯定的,因为:人教A版选修2-2第16-17页
思考:如何求函数y=ln(x 2)的导数呢?
我们无法用现成的方法求函数y=ln(x 2)的导数,下面,我们先分析这个函数的结构特点.
若设u=x 2(x>-2),则y=lnu,从而y=ln(x 2)可以看成是由y=lnu和u=x 2(x>-2)经过“复合”得到的。即y可以通过中间变量u表示为自变量x的函数.
如果把y与u的关系记作y=lnu,u和x的关系记作u=g(x),那么这个“复合”过程可表示为:y=f(u)=f(g(x))=ln(x 2).
我们遇到的许多函数都可以看成是由两个函数经过“复合”得到的.例如,函数 由y=(2x 3)2由y=u2和u=2x 3复合”而成,等等。
一般地,对于两个函数y=f(u)和u=(g(x),如果通过变量u,y可以表示成x的函数,那么称这个函数为函数y=f(u)和u=(g(x)的复合函数(composite function),记作y=f(g(x)).
复合函数y=f(g(x))的导数和函数y=f(u),u=(g(x)的导数间的关系为:
yx’=yu’ · ux’
即y对x的导数等于y对u的导数与u对x的导数的乘积。
由此可得,y=ln(x 2)对x的导数等于y=lnu对u的导数与u=x 2对x的导数的乘积,即:
yx’=yu’ · ux’=(lnu)’·(x 2)’。
课本随之给出例4,三个复合函数的求导运算.
那么问题是:到导数时才引入复合函数吗?仁者见仁、智者见智,笔者的想法是早一点引入:
5.复合函数的引入思考二
复合函数的单调性问题
问题五:
已知函数,求f(x)的单调区间。
复合函数的单调性法则是:同增异减,因为对这样的问题等导数学完后求导面临着简单问题复杂化,而复合函数的研究就是一种很好的途径,并且其理论使用是没有问题的。
基于以上认识,在引入复合函数时要慎重,对复合函数的问题最好做到:要能回避的尽量回避,需要研究的还需认真研究,这样道理会讲的清楚些,比如:
问题六:
1.若函数f(x)=ln(x2 x m)的定义域为R,求实数m的取值范围。
2.已知函数f(x)=ln(x2 x m)的值域为R,求实数m的取值范围。
分析:这两个问题研究的是同一个函数,只是两个方面的问题,第一道题不难理解,是△<0的问题,第二道问题是△≥的产物,究其原因还是复合函数的作用,f(x)=ln(x2 x m)是由f(x)=lnu,u=x2 x m复合得到,然后再把内函数u=x2 x m关联到一元二次方程x2 x m=0,几何直观转化完成问题的分析与求解,但对第二道题来说,解释的还是不够科学,笔者认为用下列解释是否便于真正理解呢?
若函数f(x)=ln(x2 x m)的值域为R,则x2 x m>0在R上不恒成立?
如果把此问题搞清楚,原问题就容易理解了。
证明:假设x2 x m>0在R上不恒成立,则存在正数n,使得x2 x m>n,
故有:ln(x2 x m)>lnu,所以f(x)的值域为,与f(x)的值域为R矛盾,即假设不成立,因此若函数f(x)=ln(x2 x m)的值域为R,则x2 x m>0在R上不恒成立。在使用判别式是顺理成章的事情,道理讲的很明白、直接,究其原因还是复合函数的功劳,所以对复合函数这一概念在学习完幂函数后再引入是非常合适的。
以上问题的分析,对于复合函数,引入要适宜,使用要慎重,千万不要传递给学生一些错误的认识。