很多学生在面对导数综合题时,一般都会考虑原有函数的定义域,然后就对原有函数求导数,或根据问题情境,构造一个函数再求导数.那么为什么要求导?求导的目的是什么?所求得的导数便于后续研究吗?所研究问题的本质是要研究函数的什么性质?学生对诸多问题可能没有考虑清楚,更多的还是模式化解题.不可否认,函数的单调性是函数的最重要性质之一.导数最直接的应用就是研究函数的单调性,但不是所有的问题都要研究函数的单调性.如果需要研究函数的单调性,而导数含参数且特别复杂,分类讨论的分界点该如何确定呢?很多学生求导数之后,就陷入不知所措、无从下手、停滞不前的窘境,更谈不上找到解决问题的突破口了. 例如,2019年全国I卷理科20题的第(Ⅱ)问,学生就遇到很大的挑战. (2019年全国I卷理20节选)已知函数f(x)=sinx-ln(1+x). 证明:f(x)有且仅有2个零点. 分析 如果盲目从导数
入手,导数的零点不易发现,进而很难得出原函数的单调区间,也就无法判断出原函数值正负的变化情况,问题就很难解决.由于找不到突破口,解题陷入困境.若能抓住零点问题的本质,结合函数零点的概念,进而考虑方程sinx=ln(1+x)根的情况,也就转化为y=sinx与y=ln(1+x)的交点情况,画出两者图象(如右上图),解题方向一目了然,即使不作出函数图象,因为一般函数的零点与函数值的正负有关联,若能有观察原有函数的函数值变化的意识,就可能发现f(0)=0,所以x=0是f(x)的一个零点.再做一下试验,发现
<0,根据要证明的结论可断定函数在
上有1个零点,这样解题的目标就确定了,也就是只需证f(x)在
上无零点,在
上有且仅有1个零点.解答略.由此可以看出,关注原有函数的性质对问题解决是多么重要.
优先考虑函数的定义域,其实这就是关注原有函数的一种性质.但我们不能仅仅局限这一点,也不能求导数之后就抛弃了原有函数.我们要根据所求问题的本质,关注原有函数以及导函数的相关性质,找到问题的突破口,再利用导数这一工具解决问题.笔者结合自己的教学实践,重点谈一谈在解决函数与导数综合问题中除关注定义域外,还应关注原有函数的哪些性质?下面结合例子从四个方面加以说明.限于篇幅,所举例子均节选一个问题进行解释,以此来感受关注原有函数本身的某些性质对所研究问题带来的优化. 一、关注多项式或函数值整体的正负,明晰问题本质 关注多项式或函数值整体的正负对证明不等式、函数零点、恒成立或有解问题至关重要.
点评 本题没有用导数研究函数的最值来证明不等式,问题的解决根本就没用到导数这一工具.函数不等式的证明,不一定要构造函数,通过研究单调性等性质,再求出函数的最值达到论证的目的.函数不等式证明的数学本质还是作差,看差值的正负即可.本题根据题目的结构特征,用适当的转化、代数变形、放缩等手段就能达到论证的目标,从而问题得以快速解决.上面两种解法需要较高的数学素养,给学生带来震撼,是去除模式化的好素材.特别是“证法一”关注了
整体的正负.还有什么时候要关注多项式或函数值整体的正负呢?
点评 函数最值或极值的正负某种程度决定该函数有无零点问题,这是零点问题的一个基本认识.解法一就是依据这个认识.但极值的正负不好判断,有时需要一定的技巧.更朴素的一个道理是:“函数在某区间上恒正或恒负,则函数在此区间上无零点”.若知道函数在某区间上恒正或恒负,就无需关注它在此区间上的单调性情况,更不用关注极值的正负,所以解法二是站在整体的角度看问题,解法当然更加简洁.在教学时,我们可以采取这种对比教学,既落实基本解法,又培养学生观察、整合、创新的意识,使学生对问题本质有更深刻的思考.