浅谈用导数解题步骤的连贯性

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  导数(导函数的简称)是近代数学的基础,是数学分析课程中最重要的基本概念之一;是联系初高等数学的纽带.导数是一个特殊函数,它的引出和定义始终贯穿着函数思想.新教材中“导数”在函数中的应用地位越来越重要,标示了“导数”在高中数学课程中的重要地位.
  在“导数”这一章的教学过程中,应用导数解决函数相关题时,步骤上有相对统一的顺序及连贯性.下面我结合几年来教学工作实际,谈谈新教材(文科)“导数”在解题过程中的连贯性.
  一、导数的概念
  新教材“导数”的引入从平均变化率到瞬时变化率引入导数,省略了极限内容.理解导数的定义注意数形结合的学习方法.教材中对知识的引入结合物理学中的平均速度与瞬时速度的对比,注重实际生活的例子:气球的膨胀率和高台跳水,这些举例公式复杂计算有难度.考虑到我校学生层次,在教学中我把这几个例题改为学生比较熟悉的物理知识――自由落体,即函数s=12gt2.让学生从理解平均速度瞬时速度,更好地理解平均率化率与瞬时变化率.通过概念的教学,为更好地掌握导数这一数学工具打好扎实的基础.由新教材人教版教材的顺序编排,平均变化率实际就是直线的斜率公式,学习导数的概念从复习直线的斜率公式和点斜式方程引入,更好地与导数的几何意义进行知识接轨.
  二、应用导数解题步骤的连贯性
  新教材中导数知识以及在研究函数中的常见的应用表现在如下内容:
  1.导数的概念以及导数的计算公式等.
  2.求过曲线上一点的切线方程,利用切线的斜率等于该点处导数值.
  3.函数的单调性.利用导数值大于零,函数递增;导数值小于零,函数递减.
  4.函数的极值.该点导数值为零,该点附近左侧右侧增减性相异.
  5.连续函数在某个闭区间上的最值.端点处的函数值与驻点处的函数值的大小比较.
  6.求解与导数有关的参数问题.
  以上1至5点属于数学的基础知识和基本方法.其中2、3、4、5类问题有一致的解题步骤,相关问题就做到相关步骤.这几个基本步骤是:
  1.先对函数y=f (x)求导.注意求函数的定义域.
  2.令f ′(x)=0,解方程求根
  x0(驻点).
  3.单调性问题,利用上式方程的根划分函数定义为若干区间,用区间分析法写出不等式
  f ′(x)>0或f ′(x)<0的解集,判断函数的增减性,写出函数的单调区间.
  4.极值问题:对问题3进行列表分析,并计算极大(小)值.
  5.最值问题:对问题3中在闭区间的部分进行讨论,求出闭区间两端点处的函数值与区间范围内的极值进行的大小比较,确定最大(小)者为最大(小)值.
  教学过程应重视此类问题在教学过程中知识的整体性及连贯性,特别强调解题步骤的规范严谨,总结知识规律提高课堂教学效率.重点强调求导(求定义域)、令f ′(x)=0,求方程的根,解不等式,求函数值等分小步骤、化整为零地进行逐个训练各个击破,然后又化零为整对解题步骤进行总结归纳整合.
  三、应用举例
  1.导数概念之求瞬时速度
  例1 某质点的运动规律是s=t2+lnt,求这质点在t=2时的速度.
  解:
  s′=2t+1t
  s′|t=2=2×2+12
  =92.
  所以这质点在t=2时的速度是
  92.
  2.导数与切线方程的关系
  例2 若直线y=3x+1是曲线C:
  y=ax3的一条切线,试a的值.
  解:
  y′=3ax2,由已知,直线
  y=3x+1的斜率为3,
  令3ax2=3,得ax2=1.
  由y=3x+1
  y=ax3
  将ax2=1代入解方程组得
  x=-12,y=
  -12.所以
  a=4.
  3.导数与函数单调性、极值与最值
  例3 确定函数f (x)=xlnx的单调性.
  解:函数f (x)的定义域为
  (0,+∞),且
  f ′(x)=lnx+1.
  令f ′(x)>0,解得
  lnx>-1,x>1e:
  令f ′(x)<0,解得
  lnx<-1,0  可知,f (x)在区间
  (1e,+∞)上单调递增,在
  (0,1e)上单调递减.
  如果此题改为求函数
  f (x)=xlnx的极值,只要在以上解题基础上继续下列步骤:
  令f ′(x)=lnx+1=0,解出
  x=1e,并列出x,f ′(x),f (x)的变化见表1.
  表1
  x(0,1e)1e(1e
  ,+∞)
  f ′(x)-0+
  f (x)增函数极大值减函数
  所以此函数的极大值为
  f(1e)=
  1eln1e=-1e.
  因为在函数的定义域内只有一个极大值,所以此极大值,也是该函数的最大值.如果求函数
  f (x)=xlnx在给定某一闭区间
  [a,b]内的最值,也是按上面求函数的极大值的步骤,先求极值点
  x0,看
  x0是否在区间[a,b]内,若在,求出此极值(若不在,舍去不求该极值),并求出区间两端点处的函数值
  f (a),f (b),与求出的极值一起比较最大值最小值,即为函数在给定区间上的最大值,最小值.
  从以上例题可以看出,了解导数解题的规律,掌握导数解题步骤的连贯性,可以化难为简,让数学解题思路更简捷有效.
  四、参数问题
  导数与参数的问题是目前高中数学和高考命题中的重点难点所在. 参数的引入使导数的讨论或解题的难度上升,解决这类型的问题要注重对函数思想的理解.
  下面是一个应用导数办法求参数范围的特殊例子.有不少求参变量取值范围的问题依靠传统的方法不容易解决,但是借助求导的方法确是一种很有效的解决途径.
  例4 求出a的范围,使不等式x4-4x3>2-a对任意的x都成立.
  分析: 将含参数的不等式问题转化为函数问题,利用导数求得函数最小值,方可确定出参数的范围.
  解:令f (x)=x4-4x3,则
  f ′(x)=4x3-12x2=4x2(x-3),
  令f ′(x)=0,可求得
  x=0 或x=3.
  当x<0时,f ′(x)<0; 当
  0  当x>3时,f ′(x)>0. 所以
  x=3时,
  f (x)取得极小值为-27.
  从而f (x)有最小值为-27,则
  f (x)min=-27>2-a, 故有a>29.
  解决本题的关键在于构造函数,通过导数判断函数极小值解决参数问题..
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