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新课标强调要在数学学习中渗透数学思想和方法,函数与方程思想对学生来说十分重要,构造恰当函数或方程来解决问题,在历年来的高考中均是重点和热点。
函数与方程思想除了在函数或方程问题中有应用外,还在不等式、数列、解析几何以及立体几何中有所应用。
首先,函数与不等式可以相互转化,函数y=f(x),若y≠0,那么就可以转化成不等式f(x)≠0,然后利用函数的知识解决问题,当然学习函数的性质也无法离开不等式。
其次,数列通项与前n项和。要求是自变量为正整数的函数,就可以用函数思想解决问题。
第三,解析几何中很多问题涉及到解二元方程组,此时就需要二次方程与二次函数的知识,运用函数与方程思想十分有效。
第四,立体几何当中的一些关于角、面积、线段、体积的计算,通常需要用方程或是函数表达式来解决问题,如果建立空间直角坐标系,立体几何同函数将更加密切。
例1已知a,b,c∈R,a+b+c=0,a+bc-1=0,求a的取值范围。
解析:用方程思想来进行解题最为简单。根据题意,将题目中的兩个等式进行恰当转化,得到b+c=-a,bc=1-a,由此就可以判断出b和c实质上就是一元二次方程x2+ax+1-a=0的两个根。由一元二次方程根的判别式,方程要有两个根,那么Δ≥0,而Δ=a2-4(1-a),即a2+4a-4≥0,继续解不等式,可得a≥-2+22或a≤-2-22。
例2已知函数f(x)=x-1x,且x∈[1,+∞),若f(mx)+mf(x)<0恒成立,求实数m取值范围。
解析:根据题意,f(x)=x-1x,x∈[1,+∞)且f(mx)+mf(x)<0,则mx-1mx+mx-1x<0,2mx-1mx-mx<0,也就是mx[2(mx)2-(1+m2)]<0。f(mx)+mf(x)<0恒成立且x∈[1,+∞)。此时可得到m≠0,所以还需进行分类讨论。
当m>0,2(mx)2-(1+m2)<0恒成立,转换后可得x2<1+m22m2,而题中x∈[1,+∞),可判断上述不等式不能恒成立。
当m<0,只需要2(mx)2-(1+m2)>0恒成立,也就是x2>1+m22m2恒成立,而x∈[1,+∞),可推出1+m22m2<1,可得m2>1,所以m<-1。
例3若方程cos2x-sinx+a=0,在0,π2上有解,求a的取值范围。
解析:根据题意可以将变量进行分离,得a=-cos2x+sinx,这就把问题转化成确定的相关函数的值域问题。
设f(x)=-cos2x+sinx且x∈0,π2,当a属于f(x)的值域时,a=f(x)才有解,现将f(x)=-cos2x+sinx转化成f(x)=-(1-sin2x)+sinx=sinx+122-54,此时根据x∈0,π2,可得到sinx∈(0,1],就能非常简便地求得函数f(x)的值域为(-1,1],这就是a的取值范围。
作者单位:甘肃省庄浪县第四中学
函数与方程思想除了在函数或方程问题中有应用外,还在不等式、数列、解析几何以及立体几何中有所应用。
首先,函数与不等式可以相互转化,函数y=f(x),若y≠0,那么就可以转化成不等式f(x)≠0,然后利用函数的知识解决问题,当然学习函数的性质也无法离开不等式。
其次,数列通项与前n项和。要求是自变量为正整数的函数,就可以用函数思想解决问题。
第三,解析几何中很多问题涉及到解二元方程组,此时就需要二次方程与二次函数的知识,运用函数与方程思想十分有效。
第四,立体几何当中的一些关于角、面积、线段、体积的计算,通常需要用方程或是函数表达式来解决问题,如果建立空间直角坐标系,立体几何同函数将更加密切。
例1已知a,b,c∈R,a+b+c=0,a+bc-1=0,求a的取值范围。
解析:用方程思想来进行解题最为简单。根据题意,将题目中的兩个等式进行恰当转化,得到b+c=-a,bc=1-a,由此就可以判断出b和c实质上就是一元二次方程x2+ax+1-a=0的两个根。由一元二次方程根的判别式,方程要有两个根,那么Δ≥0,而Δ=a2-4(1-a),即a2+4a-4≥0,继续解不等式,可得a≥-2+22或a≤-2-22。
例2已知函数f(x)=x-1x,且x∈[1,+∞),若f(mx)+mf(x)<0恒成立,求实数m取值范围。
解析:根据题意,f(x)=x-1x,x∈[1,+∞)且f(mx)+mf(x)<0,则mx-1mx+mx-1x<0,2mx-1mx-mx<0,也就是mx[2(mx)2-(1+m2)]<0。f(mx)+mf(x)<0恒成立且x∈[1,+∞)。此时可得到m≠0,所以还需进行分类讨论。
当m>0,2(mx)2-(1+m2)<0恒成立,转换后可得x2<1+m22m2,而题中x∈[1,+∞),可判断上述不等式不能恒成立。
当m<0,只需要2(mx)2-(1+m2)>0恒成立,也就是x2>1+m22m2恒成立,而x∈[1,+∞),可推出1+m22m2<1,可得m2>1,所以m<-1。
例3若方程cos2x-sinx+a=0,在0,π2上有解,求a的取值范围。
解析:根据题意可以将变量进行分离,得a=-cos2x+sinx,这就把问题转化成确定的相关函数的值域问题。
设f(x)=-cos2x+sinx且x∈0,π2,当a属于f(x)的值域时,a=f(x)才有解,现将f(x)=-cos2x+sinx转化成f(x)=-(1-sin2x)+sinx=sinx+122-54,此时根据x∈0,π2,可得到sinx∈(0,1],就能非常简便地求得函数f(x)的值域为(-1,1],这就是a的取值范围。
作者单位:甘肃省庄浪县第四中学