“分离法”解题记

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  摘 要:分离参数法是求参数取值范围的一种常用方法. 本文通过“分离法”解2011年高考题时所历经的一喜一惊,反思数学教学中要致力于克服思维定式的消极作用,发挥思维定式的积极作用.
  关键词:分离法;思维定势;反思
  
  分离参数法是求参数取值范围的一种常用方法. 通过分离参数,用函数的观点讨论主变量的变化情况,由此确定参数的取值范围,这种方法在解决有关不等式恒成立、不等式有解、函数有零点、函数单调性等问题中参数的取值范围时经常用到.笔者近日研究2011高考试题时,使用“分离法”解题历经一喜一惊,愿与同仁共勉.
  
  “一喜”偏爱有加
  解2011高考浙江卷理22后对“分离法”偏爱有加.
  试题:设函数f(x)=(x-a)2lnx,a∈R.
  (1)若x=e为y=f(x)的极值点,求实数a;
  (2)求实数a的取值范围,使得对任意的x∈(0,3e],恒有f(x)≤4e2成立.
  注:e为自然对数的底数.
  解题前,有青年教师认为该参考答案给人一种“云里雾里”的感觉.如何让想法来得自然些,思路清晰些?经过思考讨论,柳暗花明,发现“分离法”解该题很有效(其他解法略).
  第2问:注意到x∈(0,1]时,恒有f(x)≤4e2,以下研究x∈(1,3e]的情形.
  当x∈(1,3e]时,由f(x)≤4e2,
  得-≤a-x≤,即x-≤a≤x+,
  一方面,函数y=x-在(1,3e]上单调递增,故a≥3e-;
  另一方面,函数g(x)=x+,g′(x)=,g′(e)=0,
  且当10,故g(x)min=g(e)=3e,故a≤3e.
  所以实数a的取值范围是3e-≤a≤3e.
  上面的解法方向明确,过程易控,思路清晰. 解题后,一位同事感叹地说,含参问题应优先考虑用分离参数法.
  
  “一惊”刷新认识
  1. 试题
  已知函数f(x)=+,曲线y=f(x)在点(1,f(1))处的切线方程为x+2y-3=0.
  (1)求a,b的值;
  (2)如果当x>0,且x≠1时,f(x)>+,求k的取值范围. (2011高考全国课标卷理21)
  2. 解法回顾
  关于问题2,河南童老师和陕西邱老师提供了“分离参数法”的解法,摘录如下(中学数学教学参考2011年第七期(上旬)第41页):
  “由(1)f(x)=+,由f(x)>+,得k<1-,对x>0,x≠1恒成立.
  令g(x)=2xlnx-x2+1,则g′(x)=2lnx+2-2x,g″(x)=-2<0.
  若x>1,则g″(x)<0,可知g′(x)递减,可得g′(x)0;
  若00,可知g′(x)递增,可得g′(x)g(1)=0,则<1,1->0.
  综上所述,k<1-,对x>0,且x≠1恒成立,只需要k∈(-∞,0]即可.”
  3. 反例与点评
  笔者也曾有类似的想法,但总觉得难以令人信服,尝试着举出反例.
  题目:已知m<1-,对x>0,且x≠1恒成立,求m的取值范围.
  仿照上面解题的方法步骤,这样解:
  “令g(x)=xlnx-x2+1,则g′(x)=lnx+1-2x,g″(x)=-2=,
   g″=0,当x>0时,g′(x)≤g′= -ln2<0,
  若x>1,则g′(x)<0,可知g(x)递减,有g(x)0;
  若0g(1)=0,则<1,1->0.
  综上所述,m<1-,对x>0,且x≠1恒成立,只需要m∈(-∞,0]即可.”
  但这个结论是错误的,“m∈(-∞,0]”是“m<1-,对x>0,且x≠1恒成立”的充分条件,而非必要条件,因而也就不是充要条件.
  ?摇正确解法:令g(x)=1-(x>0,且x≠1).
  由洛比达法则可得g(x)=1-=1-=1-=.
  又g′(x)=lnx-1+,
  令h(x)=lnx-1+(x>0),则h′(x)=-=.
  若x>1,则h′(x)>0,h(x)为增函数,h(x)>h(1)=0,故g′(x)>0,g(x)为增函数,所以g(x)>=,故此时有m≤;
  若00,h(x)为增函数,h(x)=,故此时有m≤.
  综上可知,若m<1-,对x>0,且x≠1恒成立,则m的取值范围是(-∞,].
  对这道高考试题,从数学的角度看,将参数k分离出来,通过函数方法解参数问题,仍然是有效的;从学生的角度看,仅就高中生所学的数学知识和方法,解决起来困难大多了. 对于含参数的问题,分离参数往往是有效的,但在某些情况下对学生来说有局限性.
  4. 题眼分析:
  题眼包含两个方面:一是解决问题的突破口,二是解题者的眼光.
  (2)由(1)知f(x)=+,故f(x)-+=2lnx+.
  考虑函数h(x)=2lnx+(x>0),则h′(x)=.
  设k≤0,由h′(x)=知,当x≠1时,h′(x)<0,而h(1)=0,
  当x∈(0,1)时,h(x)>0,得•h(x)>0;当x∈(1,+∞)时,h(x)<0,可得h(x)>0,
  从而当x>0,且x≠1时, f(x)-+>0,即f(x)>+.
  设00,故h′(x)>0,而h(1)=0,故当x∈1,时,h(x)>0,可得h(x)<0,与题设矛盾.
  当k≥1时,h′(x)>0,而h(1)=0,当x∈(1,+∞)时,h(x)>0,得h(x)<0,与题设矛盾.
  综上可得,k的取值范围为(-∞,0].
  点评:该解法关键在于对式子(k-1)(x2+1)+2x有较好的直觉,k=0时该式为-(x-1)2,为分类讨论奠定了基础,这是本题的题眼所在.
  
  启示与思考
  透过这“一喜一惊”,笔者对数学解题教学刷新了认识,要重视思维定式的影响. 定式(即心向)是指重复先前的操作所引起的一种心理准备状态,它影响解决问题时的倾向性. 定式使人们会以某种习惯的方式对刺激情境作出反应,在解决问题时具有一种倾向习性,并影响问题是否顺利解决. 思维定式的作用是:根据面临的问题联想起已经解决的类似的问题,将新问题的特征与旧问题的特征进行比较,抓住新旧问题的共同特征,将已有的知识和经验与当前问题情境建立联系,利用处理过类似的旧问题的知识和经验处理新问题,或把新问题转化成一个已解决的熟悉问题,从而为新问题的解决做好积极的心理准备. 思维定式对于问题解决具有极其重要的意义,可以促进问题的解决,但有时又是消极的,它容易使我们产生思想上的惰性,养成一种呆板、机械、千篇一律的解题习惯,它使问题解决的思维活动变得呆板,使解题步入误区. 因此,数学教学中,一方面要发挥思维定式的积极作用,通过学生在问题解决活动中成功的体验强化已形成的规律性的认识;另一方面要注意克服思维定式对问题解决消极的一面,通过适当的案例,引导思维定式伴随着我们的学习和实践而变化、发展,在否定中前行. 教学中要积极渗透数学思想方法,解题教学应力求自然、合理,最为关键的是提高学生逻辑推理能力、分析问题和解决问题的能力.
  
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