从赋值法是否有风险谈起

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  下面的例1及解法、分析均引自文[1]:
  例1,已知函数f(x)对任意实数x、y,都有f(x+y)=f(x)+2y(x+y),且f(1)=1,求f(x)的解析式。
  解法1:∵f(x+y)=f(x)+2y(x+y)对任意实数x、y都成立,可令x=0、y=1,得f(1)=f(0)+2×1×(0+1);又f(1)=1,解得f(0)=-1;再令x=0,y=x,得f(x)=f(0)+2x(0+x)=-1+2x2,即f(x)=2x2-1。
  解法2:∵f(x+y)=f(x)+2y(x+y)对任意实数x、y都成立,可令x+y=1,得f(1)=f(x)+2(1-x)×1;又f(x)=1,得f(x)=2x-1。
  解法3:∵f(x+y)=f(x)+2y(x+y)对任意实数x、y,都成立,可令x=1,则有f(1+y)=f(1)+2y(1+y);又f(1)=1,得f(1+y)=1+2y(1+y),换元可得f(x)=2x2-2x+1。
  以上解法都用了赋值法,计算也确实没问题,然而结果怎么不一样呢?哪个才是对的?
  既然看不出过程错在哪里就先检验一下答案吧。结果让笔者更加吃惊,竟然没有一个答案带回原来题目中能使函数的方程成立,也就是说,以上答案都错了。仔细想想,笔者发觉这些错误的答案源自赋值时已经把原来“对任意实数x、y都成立”变成了“对一定要求下的x、y都成立”。事实上将以上三种答案取各自解法的赋值条件,代入函数方程可以验证等式成立,但这种成立显然已经不完全符合题目要求了。这也就表明:用赋值法求抽象函数的解析式不一定是可靠的。
  ……
  至此我们可以发现,本质上来说用赋值法解决问题是存在缺陷和风险的……
  (引文完)
  赋值法真的不可靠吗?真的存在缺陷和风险吗?我们先来看一下赋值法的推理模式:
  对一切x∈A,都有性质P,而x0∈A,则x0具有性质 P。
  这是一种典型的由一般到特殊的三段论推理,没有任何逻辑问题。因此,我们认为赋值法本身不存在缺陷和风险,完全可靠。
  对上面的例题,“为什么都用赋值法,计算也确实没问题,然而结果却不一样呢?”正如文[1]作者所言:“题目本身的条件是存在问题的。”事实上,由条件“函数f(x)对任意实数x、y,都有f(x+y)=f(x)+2y(x+y),且f(1)=1”,三种解法的结果都应该成立。但这三种结果互相矛盾,且与条件矛盾,这就表明条件不成立!也就是说,不存在满足条件“对任意实数x、y,都有f(x+y)=f(x)+2y(x+y),且f(1)=1”的函数!(正如文[1]作者所言:“命制抽象函数题目要谨慎,不要让所求函数成为‘无源之水、无本之木’。”只有充分考虑抽象函数的背景原型,才有可能有效避免类似的错题。)
  值得思考的是,既然文[1]作者认识到题目有问题,为什么还坚持认为,上例“三种解法均错”,“用赋值法求抽象函数的解析式不一定是可靠的”,“是存在缺陷和风险的”?
  由此,我们想到了文[2]。下面的例2及其“错解”、“正解”均转引自文[2]:
  例2,设f(x)是定义在R上的奇函数,且对任意的x∈R,都有f(x+1)=,又当0<x≤1时,f(x)=2x,求f(5.5)的值。
  错解:f(0.5)=2×0.5=1,f(1.5)= =0,
  f(2.5)=1,f(3.5)=0,f(4.5)=1,f(5.5)=0。
  
  正解:f(x+2)=
  
  ∴f(5.5)=f(3.5)=f(1.5)=f(-0.5)=-f(0.5)=-1。
  文[2]详细地分析了“错解”与“正解”,并分别给出了解析式与图像,还剖析了错因。
  但是,观察“正解”,考虑下面的问题:
  ①f(-1)=?(2还是-2?)
  ②f(0)=?f(2)=?(注意:x∈R)
  ③f(0.5)=?f(1.5)=?
  是否满足f(x+1)= ?
  我们不妨先看下面的例3及其3种解答:
  例3,设f(x)是定义在R上的奇函数,且对任意的x∈R,都有f(x+2)=f(x),又知f(1)=2010,求f(-1)的值。
  解1:∵f(x)奇x∈R,∴f(-1)=-f(1)=-2010。
  解2:∵f(x+2)=f(x),∴f(-1)=f(-1+2)=f(1)=2010。
  解3:∵
  ∴f(-1)=0。(两式相加)
  三个解法,三种答案!孰对孰错?
  事实上,解3还可得出f(x)=0,显然与已知条件“f(1)=2010”矛盾!
  可见,例3的三个条件不能同时成立,即例3是错题!
  回到例2,易知,由f(x+1)=可推出f(x+2),对照例3可知,必有f(n)=0(n∈Z),与f(1)=2×1=2矛盾!事实上,例2有多处矛盾,明显是错题!作为补救措施我们当然可以研究以上两题的改正方案(此处从略)。
  问题在于,文[2]作者一方面认为:“‘错解’虽没用条件‘f(x)是定义在R上的奇函数’,但从解题逻辑推理上来看,是完全切实可行的,甚至是无可挑剔的。”“从另一个角度来看,本文例题(指例2)删掉条件‘f(x)是定义在R上的奇函数’亦不失为一道好题。”另一方面却又坚持认定这是“错解”!为什么会出现这么明显的矛盾?为什么至此还看不出题目本身的错误?
  应当说,文[1]、文[2]作者都是十分细心而又审慎的,出现这样的错误,可能主要是心理原因。但是如果能更理性点,这样的错误是不是完全可以避免呢?
  
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