冪函式的錯解剖析

2022-02-26 08:52:14 字數 2703 閱讀 9705

例1、定義在(-∞,+∞)上的任意函式f(x)都可以表示成乙個奇函式g(x)與乙個偶函式h(x)之和.如果f(x)=lg(10x+1),x∈(-∞,+∞),那麼

【錯解】 直接「就題論題」,選擇絕不輕鬆.因為正確的選擇支應具備兩個條件:

(1)g(x)+h(x)=f(x);

(2)g(x)為奇函式,且h(x)為偶函式.

關於條件(1),容易知道(b)、(c)、(d)都是滿足的,至於(a).就要驗證

x+lg(10x+10-x+2)=lg(10x+1)是否成立,需要作一些計算才可明白.

關於條件(2),需要對4個選項中的8個函式分別判斷奇偶性.除了(a)、(c)、(d)中的g(x)顯然是奇函式,其餘5個函式奇偶性的判斷均不輕鬆.

【剖析】知難而返,轉而主動探求符合條件的g(x)和h(x).

按題意,f(x)=g(x)+h(x),其中g(x)是奇函式,h(x)是偶函式,故

f(-x)=g(-x)+h(-x)=-g(x)+h(x).

【點評】許多選擇題都可用「特殊化」方法輕巧獲得解決(如題10的既取特殊函式又取特殊值),但本題卻正好相反,宜用「一般化」方法.即先一般地求出符合條件的

而後代入再作選擇.

把問題先一般化的思考方法與特殊化一樣有用,這是因為一般性的情況往往更明確更深刻地反映問題的實質,有時可以避開繁瑣的表象的干擾,從而容易解決問題.我們不能忘記,抽象性和普遍性正是數學科學的重要特徵.

例2 已知函式f(x)= (x>0),奇函式g(x)定義在r上,當x>0時,g(x)=f(x).試求g(x)的反函式.

【錯解】由題意得

【剖析】按題意,無論對g(x)或g-1(x)都應明確分段函式各段的定義域.

【正解】∵g(x)是r上的奇函式,∴g(0)=0;

設x<0,則-x>0,此時

下面求分段函式的反函式:

當x=0時,由y=0得g-1(x)=0(x=0);

當x<0時,由y=-2x得-1<y<0,且x=log2(-y),

∴g-1(x)=log2(-x)(-1<x<0).

【點評】求分段函式的反函式,應先求出各段對應的反函式及其定義域,再綜合表達成新的分段函式的形式.

例3 如果正實數a,b滿足ab=ba,且a<1,證明a=b.

【錯解】這是2023年全國數學高考的最後一題.考查函式概念、冪函式、指數函式和對數函式的性質,以及運用反證法的能力.

「正難則反」,利用相關函式的增減性比較函式值的大小,通過否定a>b與a<b而肯定a=b.

【正解】

方法1 假設a>b(即1>a>b>0).因為指數函式y=ax是減函式,故ab>aa.又由冪函式y=xa的性質,有aa>ba,所以ab>ba.這與已知ab=ba相矛盾,因此a≯b;

同樣可證a<b(0<a<1)能成立,即a≮b.

所以,唯有a=b.

(說明:這裡用了指數函式與冪函式的性質)

方法2 假如a<b,可設b=a+ε(ε>0).

由於0<a<1,ε>0,根據指數函式、冪函式的性質,可得

即aa+ε<(a+ε)a,亦即ab<ba.

這與ab=ba矛盾,所以a≮b.

假如b<a,則可設a=b+ε(ε>0).用以上步驟同樣可證ba<ab,這也與ab=ba矛盾,所以a≯b.

因此,唯有a=b.

(說明:這裡引入了增量ε並用了指數函式和冪函式的性質.)

【點評】 1.由否定a≠b(即a>b與a<b)而肯定a=b,這對初學者是不習慣的思路,但卻是證明本題的關鍵.

如果拘泥於直接證明a=b,就會步履艱難,「山窮水盡疑無路」;用了反證法這一「精良的**」,就可豁然開朗,「柳暗花明又一村」.當原來的問題看來不能直接證明時,「你千萬不要忘記:人類的高明之處,就在於會迂迴繞過不能直接克服的障礙,就在於能想出某個適當的輔助問題」.(g.波利亞)

2.學習過微積分的讀者可以利用導數判斷函式的增減法,進而比較函式值的大小.

3.如果不限制a的取值範圍,情況就比較複雜.一般地說,滿足ab=ba的正實數a,b可能不相等,如果a=2,b=4.

例4、已知m>n>0,則下列不等式成立的是

a.n-m<m-m     b.nn<mn

c.mm<nm      d.n-n<m-n

【錯解】因為m>n>0,所以n-n<m-n,故選擇d。

【正解】由於四個選擇支中的冪指數都相同,所以可以直接用冪函式的性質來判斷.

對於(a),將n-m,m-m看成是f(x)=x-m的函式值,由於-m<0,m>n>0,所以f(m)<f(n),即m-m<n-m,從而排除(a).

類似的,(c)、(d)也可排除.

對於(b),令y=g(x)=xn,由於n>0,且m>n>0,∴g(n)<g(m),即nn<mn,所以,選(b).

【點評】 (1)本題還可以使用的特殊值法來解,例如,可以取n=1,m=2,判斷起來更為方便.

(2)本題將比例兩個數的大小的問題,轉化為比較兩個函式值大小的問題,這種思想是函式的具體應用,具有一般性,應給以充分重視.

例5 如圖為冪函式,y=xn在第一象限的圖象,則c1,c2,c3,c4的大小關係為   (  )

a.c1>c2> c3>c4

b.c2>c1>c4>c3

c.c1>c2> c4> c3

d.c1>c4>c3>c2

【錯解】觀察圖象知b正確.

故c1>c2>c4>c3,應選(c).

【點評】 冪函式y=xn在第一象限內的圖象均過點(1,1),在區間(1,+∞)上,n值越小,圖象越靠近x軸.但解題時,我們不能僅憑觀察猜測,就妄下結論。必須數形結合分析,嚴密推理,有理有據.

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