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初等函数的性质研究

初等函数的性质研究

摘要:

初等函数是中学数学最重要的概念之一,在数学和其他许多学科中有着广泛的应用。

因此,无论在数学中,还是中、高考时都是重中之重,占有相当大的比例。

但在平时的中学数学教学中,学生学习函数难也是为广大师生“认可”的学习障碍。

当师生满足于一个一个函数、一条一条性质的学习时,却发现学完了函数还是弄不清楚:

函数究竟是什么?

究其原因,我认为主要是未能对初等函数作系统化的研究整理。

因而,函数在他们的学习中总是零碎的、片面的。

在此,笔者以多年从事中学数学教学的体会,对初等函数的性质及其教学研究讲解整理,以期改善中学函数的教学。

关键词:

初等函数零值点最值奇偶性连续性

在由中华人民共和国教育部制订的《数学课程标准》(实验,人教版)中指出,函数是描述客观世界变化规律的重要数学模型。

高中阶段不仅把函数看成变量之间的依赖关系,同时还用集合与对应语言刻画函数,函数的思想方法将贯穿高中数学课程的始终。

可以认为,函数是中学数学教材的主旋律,是初等数学到高等数学的枢纽:

全部高中代数是以函数为主线展开的;平面解析几何全面渗透了函数的思想方法;主体几何的许多内容也可理解为通过空间模型建立的函数关系。

因此,无论在平时的教学中,还是在中、高考时都是重中之重,占有相当大的比例。

例如,在2002年的高考数学试题中,以二次函数为载体的函数大题考查了函数的奇偶性,单调性、最值、分类讨论思想等;以二次函数和三角函数为主,全面考查了函数的性质、类型、图象、数学思想方法以及综合运用。

但在中学数学的课堂教学中,学生学习函数难也是为广大师生“认可”的学习障碍,学完了一个一个的函数、一条一条的性质,却始终弄不清楚:

函数究竟是什么?

笔者通过多年从事中学数学的教学,认为其原因是未能对函数及其性质作系统化的研究、整理,函数的性质总是零散的、感性的,没有得到提升,因而造成运用函数思考问题的意识和解决问题的能力比较差,久而久之,成为学习的障碍。

在此,笔者对初等函数(幂函数、指数函数、对数函数、三角函数筹)的性质进行研究、整理,以期引起师生们的重视、改善初等函数的教学。

一、函数的定义域

函数的定义域是研究函数问题的关键,是函数研究的前提环境,函数的实质决定于定义域和对应法则。

没有函数的定义域,函数研究无从谈起。

如果不加以特别的说明,函数

的定义域指,能使

有意义的实数x的集合。

由函数的解析式求函数定义域的方法依据主要有:

①分式的分母、零指数幂的底数均不能为零;②偶次根式的被开方数不能为负;③对数的底数大于零而不等于1,真数大于零;④三角函数与反三角函数存在;⑤如果

中有以上各部份等,则应为满足各部份的x的集合的交集;⑥对实际问题应结合其实际意义予以考虑。

例1.求函数

的定义域。

解:

由“

”知:

由“

”知:

∴所求定义域为:

由“

”知:

例2.已知函数

的定义域是(

),求a。

解:

显然

a=0时,成立;a≠0时,△=4a(4a-3)

则:

a>0a<0

△<0△<0

解得:

0

∴a

[0,

除此之外,还有求复合函数的定义域等有关函数定义域运算或证明的题型。

二、函数的值域

函数的值域决定于函数的定义域和对应法则,是全体函数值所组成的集合。

因此,要求值域,必先求其定义域。

常见的方法或技巧有:

①配方法;②函数性质法;③反函数法;④数形结合法;⑤换元法等。

例1.求

的值域。

解:

本题直接求值域显然比较困难,故利用“函数”与其“反函数”的定义域、值域互换关系来求。

∴原函数的反函数为:

∴所求值域为{

}

(事实上:

如果

,则

,即

因此

例2.求

的值域。

解:

,则:

即:

y≤4

∴所求值域为(

,4)

三.、零值点

在对函数进行研究时,我们总是要关注使函数取得特殊值的一些“特值点”,尤其是使函数值为0的x值,或者说明书函数图象上的纵坐标为0的点,即与x轴的交点,称之为“零值点”。

例:

的零值点为:

(2,0),(3,0)。

但有的函数没有零值点(或为

),例如函数

,其零值点为(

,0)。

对零值点的研究可以沟通方程、函数曲线及不等式之间的关系,在数学教学中意义很大。

四、符号区间

如果函数y=f(x)在(a,b)上有f(x)>0或f(x)<0,则称(a,b)为函数y=f(x)的一个符号区间。

例:

求函数y=x2-5x+6的符号区间。

解:

令x2-5x+6=0,求得零值点时:

X1=2,X2=3

经分析(或由图象)可知:

函数y=x2-5x+6在(-∞,2)和(3,+∞)上:

y>0;

在(2,3)上:

y<0。

∴其符号区间为:

(-∞,2),(2,3),(3,+∞)

(由此可知:

不等式x2-5x+6>0的解集为(-∞,2)U(3,+∞),x2-5x+6<0的解集为:

(2,3))。

五、最值

在生产科研和日常生活中,常遇到“多、快、好、省”的问题,就是求函数的最值问题。

函数的最值是函数值变化的极端状态,它既能加深对函数性质的认识,又能解决广泛的数学应用问题,因而在高考中也占有重要地位。

在中学数学中,常见求最值的方法有配方法、换元法、数形结合法、不等式法等。

例,已知y=x2-2ax(0≤x≤1)的最大值是a2,求a。

解:

∵-x2-2ax≤a2

即:

-(x+a)2+a2≤a2

-(x+a)2≤0

∴x+a=0

∴a=-x,而0≤X≤1

∴-1≤a≤0

教学中,应该充分注意到“求最值”与“求极值”以及“求值域”三者之间的联系与区别。

六、单调性

在中学数学中,“单调性”是指严格单调性,即:

对y=f(x),x

[a,b],任取x1、x2

[a,b],且设x1<x2,则:

f(x1)<f(x1)(f(x2)>f(x2)),就称y=f(x)在[a,b]上具有单调性,是增(减)函数,[a,b]称为一个单调区间。

最常见的函数单调性的判定或证明方法有:

定义法,图象法等,利用单调性,我们可以比较函数值的大小、求最值等。

在研究单调性时,定义域始终起着关键作用,需要强调的是,求定义域必须用原来的表达式。

例1,比较0.230.712和0.230.713的大小。

解:

∵指数函数y=0.23x在其定义域内是减函数.

而:

0.712<0.713

∴0.230.712>0.230.713

例2:

已知f(x)=8+2x-x2,g(x)=f(2-x2),求g(x)的单调区间。

解:

令u=2-x2则:

g(x)=8+2u-u2

∵u=2-x2在(-∞,0)上是增函数,在(0,+∞)上是减函数。

又:

f(u)=8+2u-u2在(-∞,1)上是增函数,在(1,+∞)上是减函数。

而u<1得

>1;u>1得

<1

∴g(x)的单调区间为:

增区间:

(-∞,-1)、[1,+∞];

减区间:

[-1,1]

可列表(略)。

七、奇偶性

已知函数y=f(x),对于任意x:

若f(-x)=f(x),则称y=f(x)为偶函数;

若f(-x)=-f(x),则称y=f(x)为奇函数;

函数y=f(x)是偶函数或奇函数,则称y=f(x)具有奇偶性。

对奇偶性的理解,应注意:

定义域的对称性、函数值的对称性和图象的对称性。

而奇偶性的判定首先应看定义域是否对称,然后再根据定义判定;也可以根据其四则运算规律进行判定;还可以利用函数图象判定。

在判定时,应先对函数进行化简。

例:

由f(x)=lg(4+x)+lg(4-x)知其定义域为

,具有对称性,而:

f(-x)=lg(4-x)+lg(4+x)=f(x)

∴f(x)是偶函数,不是奇函数。

八、周期性

对于函数y=f(x),如果存在一个非零常数T,使得对于任意x,有f(x+T)=f(x),则称y=f(x)为周期函数,T叫做这个函数的周期。

显然,如T为周期,则可kT(k

Z)也是f(x)的周期,其中若有最小正数,则称为最小正周期。

特别,最小正周期有时不一定存在,如f(x)=c(常数)的周期为任意正数,无最小者。

例:

已知数列{an}中任何相邻三项之和为20,且a4=9,a12=7,求a8。

解:

据题意得:

an+an+1+an+2=an+1+an+2+an+3

∴an=an+3

∴数列{an}以3为周期

∴a7=a4=9,a9=a12=7

又:

a7+a8+a9=20

∴a8=4

九、连续性(间断性)

对于函数y=f(x),若在点x0处可导,且

(x0)=f(x0),则称函数在点x0处连续,否则称为间断。

例如:

y=tanx当x=

(k

Z)时,y=tanx不存在,故x=

(k

Z)为其间断点。

显然平行直线簇x=

(k

Z)为其渐近线簇。

又如:

y=

,x=0为其间断点,考虑到其值域为{y│y≠0},因此其渐近线为直线x=0(y轴)和y=0(x轴)。

以上仅为本人对初等函数性质的初步研究和粗浅的认识,毫无深度可言。

但是,若能在中学数学教学中,坚持不懈引导学生以此研究每一个函数,在研究完每一个函数之后又能这样系统地加以整理、归纳、思考,并能结合函数的图象,综合运用,“用性质作图象,由图象观性质。

“那么,这样的教学必将使学生不仅学会,而且学得愉快。

正所谓“授之以鱼,不如授之以渔”。

参考文献:

普通高中《数学课程标准》(实验,人教版)

傅荣强主编《函数》

朱宗贵《函数》

李应林《集合与函数》

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