寻本溯源,让错误无所遁形

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  集合、函数、导数是高考的必考内容,尤其是函数和导数一直是命题者的“最爱”.然而同学们解题时却时常因为概念不清晰,解题思路不严谨,犯下种种错误,如何是好呢?寻本溯源,剖析错误原因,对症下药,标本兼治.
  下面我们就结合例题,对集合、函数、导数易错题来一个错因大揭秘.
  错因1.对基本知识的理解不到位
  有些同学由于没有掌握数学概念、定理、性质、公式,或者是未掌握它们成立的条件,导致解题错误.
  例1已知A={1,2},B={x|x∈A},C={x|xA},则下列说法正确的.
  ①A=B;②B={1},{2}或{1,2};③CA;④A∈C.
  错解:②③.
  错因剖析:错选的原因是没有正确认识集合B,C.误认为B={1},{2}或{1,2},C={1},{2}或{1,2}或.认识一个集合首先看集合的表示方法,如果是描述法,要弄清代表元素是什么,它有什么性质,另外由集合的定义,集合是一类明确的对象的全体,即凡是符合要求的元素都要在集合中.本例中集合B是由集合A中所有元素组成的集合,所以A=B={1,2},集合C是由集合A的所有子集组成的集合,所以C={{1},{2},{1,2},}.
  正解:①④
  例2已知A={x|-1≤x≤4},B={x|m 1≤x≤2m-1},求当BA时实数m的取值范围.
  错解:要使BA,应有m 1≤2m-1m 1≥-12m-1≤4,解得2≤m≤52.
  错因剖析:忽略了B=时的情况,因为当B=时,BA亦成立.
  正解:(1)当B≠时,由错解可得:2≤m≤52.
  (2)当B=时,m 1>2m-1,
  解得m<2,所以m的取值范围为m≤52.
  点评:涉及集合的交、并、补运算和子集关系时,要注意集合是否为空集.空集是任意集合的子集,是非空集合的真子集.如果在解题中忽略空集,则易产生丢解的情况.解题时一定要慎重审题,周密考虑.
  变式:将“B={x|m 1≤x≤2m-1}”改为“B=[m 1,2m-1]”,其余条件不变.
  因为将集合B写成区间[m 1,2m-1]的形式,就一定有m 1<2m-1,集合B也不可能是空集.
  故要使BA,应有m 1<2m-1m 1≥-12m-1≤4解得2  例3已知函数f(x)=1 a·2x2x b是奇函数,并且函数f(x)的图象经过点(1,3),求实数a,b的值.
  错解:∵f(x)是奇函数,f(0)=0,
  ∴a=-1.
  又函数f(x)的图象经过点(1,3),
  ∴b=-73.
  错因剖析:并不是所有的奇函数都满足f(0)=0,比如函数f(x)=1x.由于该例中“0”是否在定义域范围内不明确,所以不可用f(0)=0来求解.
  正解:∵f(x)是奇函数,∴f(-x)=-f(x),即
  1 a·2-x2-x b 1 a·2x2x b=0,得(ab 1)22x 2(a b)2x ab 1=0,
  所以ab 1=0a b=0,得a=1b=-1或a=-1b=1,
  又f(1)=3,所以1 2a2 b=3,即2a-3b=5,
  所以a=1,b=-1.
  点评:该例也可直接利用f(1)=3f(-1)=-3来求解.
  概念、定义、基本公式是最基本的,也是最重要的,它们是我们解题的依据.正所谓“磨刀不误砍柴工”,花一定的时间“过课本”,建立起正确的知识框架,这样才能有效减少错误的发生.
  错因2.审题不严
  审题,是解题的第一步,不少同学在审题过程中会发生读题不清楚、未发现隐含条件及字母的意义含糊不清等问题,从而导致错误的发生.
  例4设f(x)=x 3(x>10)f(f(x 5))(x≤10),则f(5)的值是.
  错解:f(5)=f(f(10))=f(15)=18.
  错因剖析:由于审题不严,对分段函数的第二段表达式缺乏正确的认识,误认为f(f(10))=f(15),其实f(10)=f(f(15)).
  正解:f(5)=f(f(10))=f(f(f(15)))
  =f(f(18))=f(21)=24.
  例5求曲线S:y=3x-x3过点A(2,-2)的切线方程.
  错解:∵y′=3-3x2,∴y′|x=2=-9,
  ∴所求的切线方程为y 2=-9(x-2),即y=-9x 16.
  错因剖析:曲线与直线相切,并不一定只有一个公共点,求曲线过某一点的切线方程,这一点未必是切点,有可能以另一点为切点的切线刚好过该点.因此应注意求曲线“过某一点的切线”与“在某一点的切线”是有区别的.
  正解:y′=3-3x2,设切点为P(x0,y0),则P处的切线方程方程为l:y-y0=(3-3x20)(x-x0),由点A在切线l上有:-2-y0=(3-3x20)(2-x0),
  又点P在曲线S上,有y0=3x0-x30,代入上式可知:x30-3x20 4=0.
  ∴(x0-2)2(x0 1)=0,即x0=2或x0=-1.
  当x0=2时,P为(2,-2),切线方程为y=-9x 16;
  当x0=-1时,P为(-1,-2),切线方程为:y=-2.
  综上,过点A的切线方程为y=-9x 16或y=-2.
  例6已知函数f(x)=[x[x]](n  错因剖析:由于读题不清,上述解法中出现了以下错误:一是把an看成了函数值;二是当[x]=n时,误认为一定有x=n,从而出现了[x[x]]=[nx]=n[x]=n2的错误.
  正解:当1  错因3.忽视运算规律
  在解题中如果不能正确使用运算法则和计算公式,计算时一定会出现错误;不重视运算技巧,缺乏简化计算的技能,则计算过程繁琐,容易导致失误.
  例7化简:3xy2·xy-1·xy·(xy)-1(xy≠0).
  错解:原式=[xy2·(xy-1)12]13·(xy)12·(xy)-1
  =x13 16 12-1·y23-16 12-1
  =x0·y0
  =1.
  错因剖析:只有当a>0时,运算性质(am)n=am·n才一定成立.本题中x,y是同号的,可同正亦可同负,当x,y是同负时化简的结果应是-1.
  正解:原式=[xy2·(xy-1)12]13·(xy)12·(xy)-1
  =x13·y23|x|16|y|-16·|x|-12·|y|-12
  =x13·|x|-13=1,x>0-1,x<0.
  点评:指数幂的一般运算步骤是:有括号先算括号里面的;无括号先做指数运算.负指数幂化为正指数幂的倒数.底数是负数,先确定符号,底数是小数,先要化成分数,底数是带分数,先要化成假分数,然后要尽可能用幂的形式表示,便于用指数运算性质.
  例8已知x y=12,xy=9,且x  不当解法:由x y=12xy=9解得x=6 33y=6-33
  或x=6-33y=6 33,又x  故x=6-33y=6 33,带入x12-y12x12 y12,由于式子繁琐,无法化简或化错.
  错因剖析:缺乏整体意识,计算过程繁琐.
  正解:x12-y12x12 y12=(x12-y12)2(x12 y12)(x12-y12)
  =(x y)-2(xy)12x-y.①
  ∵x y=12,xy=9,②
  ∴(x-y)2=(x y)2-4xy=122-4×9=108.
  ∵x  将②③式代入①式,得x12-y12x12 y12=12-2×912-63=-33.
  错因4.逻辑性错误
  逻辑性错误表现为偷换概念、循环论证、不等价变换、利用虚假依据等,也就是在解题过程中出现了违犯逻辑思维的规律而导致的错误.
  例9函数f(x)=x3 ax2 bx a2在x=1处有极值10,求a、b的值.
  错解:f′(x)=3x2 2ax b,由题意知
  f′(1)=0,且f(1)=10,
  即2a b 3=0,且a2 a b 1=10,
  a=4,b=-11或a=-3,b=3.
  错因剖析:错误的主要原因是把x=x0为极值点的必要条件当作了充要条件,
  x=x0为极值点的充要条件是f′(x0)=0,且x0附近两侧的导函数值符号相反,所以还要做下面的验证:
  当a=4,b=-11时,
  f′(x)=3x2 8x-11=(3x 11)(x-1),
  在x=1附近两侧的符号相反,
  ∴a=4,b=-11.
  当a=-3,b=3时,f′(x)=3(x-1)2,
  在x=1附近两侧的符号相同,
  所以a=-3,b=3舍去.
  例10已知函数f(x)在R上满足f(2-x)=f(2 x),f(7-x)=f(7 x)且在闭区间[0,7]上,只有f(1)=f(3)=0,试判断函数y=f(x)的奇偶性.
  错解:若y=f(x)为奇函数,则f(0)=f(-0)=-f(0),
  ∴f(0)=0,这与f(x)在闭区间[0,7]上只有f(1)=f(3)=0矛盾;
  因此f(x)不是奇函数,所以函数f(x)是偶函数.
  错因剖析:一个函数的奇偶性情况有四种,并不是除了奇函数就是偶函数,上述推理逻辑上有漏洞.
  正解:若y=f(x)为偶函数,
  则f(-x)=f(2-(x 2))=f(2 (x 2))=f(4 x)=f(x),
  ∴f(7)=f(3)=0,这与f(x)在闭区间[0,7]上,
  只有f(1)=f(3)=0矛盾;因此f(x)不是偶函数.   若y=f(x)为奇函数,则f(0)=f(-0)=-f(0),
  ∴f(0)=0,这与f(x)在闭区间[0,7]上,
  只有f(1)=f(3)=0矛盾;因此f(x)不是奇函数.
  综上可知:函数f(x)既不是奇函数也不是偶函数.
  错因5.策略性错误
  策略性错误是指在解题过程中,选择的解题方法明显地增加了解题的难度使问题复杂化,或者是因为解题思路的不正确导致问题得不到解决.它体现在以下方面,一是方法不当;二是不能正确转化问题.
  例11已知函数f(x)=3x,x∈[0,1]92-32x,x∈(1,3],当t∈[0,1]时,f(f(t))∈[0,1],则t的取值范围是.
  不当解法:因为f(t)=3t,t∈[0,1]92-32t,t∈(1,3]
  所以讨论写出f(f(t))的表达式,再解不等式f(f(t))∈[0,1]求出t的取值范围.
  不当解法剖析:以上思路理论上可行,但实际操作时难度太大,计算繁琐,要想得到结果比较困难,这是方法不当造成了解题困难.
  正解:令f(t)=u,画出f(x)的图象,根据图象由f(u)∈[0,1]解出u的范围:[73,3]∪{0},再结合图象解出t的取值范围[log373,1].
  点评:数学高考,分段函数问题一直备受“青睐”,而且基本出现在填空题的后六题,正确的处理方式是能画图的要画图,化抽象为直观,能换元的要换元,化繁为简.
  错因6.训练不到位,解题时没有走“合法程序”
  纵观近几年江苏高考,数学试卷越来越“回归理性”,即试卷的整体难度下降,更注重“通性、通法”的考查,但不少考生的解题依然是“会而不对,对而不全”,分数自然也就不高.数学功在平时,平常训练时,就要养成良好的习惯,规范解题,走“合法程序”.不走“合法程序”主要体现在:研究函数性质不研究定义域;含参数不讨论;求范围不注重端点的取舍等方面.
  例12从边长为2a的正方形铁片的四个角各截去一小块边为x的正方形(如右图所示),再将四边向上折起,做成一个无盖的长方体铁盒,要求长方体的高度x与底面正方形边长的比值不超过常数t.问:x取何值时,容积V有最大值.
  错解:V′=12x2-16ax 4a2=4(3x-a)(x-a).
  因为x2a-2x≤t所以函数的定义域为(0,2ta1 2t],
  这时V在定义域内有惟一极值点x=a3.由问题的实际意义可知,x=a3时,Vmax=1627a3.
  错解剖析:本例中a3与2ta1 2t的大小关系不明确,故要通过讨论来解决问题.
  正解:①当a3<2ta1 2t,即t>14时,由v′=0,解得x=a3,这时V在定义域内有惟一极值点x=a3.由问题的实际意义可知,x=a3时,Vmax=1627a3.
  ②当a3≥2ta1 2t,即0  x=2at1 2t时,Vmax=2at1 2t(2a-4at1 2t)2=8a3t(1 2t)3.
  例13已知f(x)=2 log3x,x∈[1,9],试求函数y=[f(x)]2 f(x2)的值域.
  错解:∵x∈[1,9],∴log3x∈[0,2],
  又y=(2 log3x)2 2 log3x2=(log3x 3)2-3.
  ∴ymax=(2 3)2-3=22,ymin=(0 3)2-3=6.
  ∴函数y=[f(x)]2 f(x2)的值域为[6,22].
  错因剖析:错误原因是忽略了对定义域的研究,致使函数y=[f(x)]2 f(x2)的讨论范围扩大.y=[f(x)]2 f(x2)的定义域与f(x)的定义域不同,要使[f(x)]2 f(x2)有意义,必有1≤x≤9且1≤x2≤9,即1≤x≤3.
  正解:∵f(x)=2 log3x的定义域为[1,9],
  要使[f(x)]2 f(x2)有意义,必有1≤x≤9且1≤x2≤9,
  ∴1≤x≤3,
  ∴y=[f(x)]2 f(x2)的定义域为[1,3].
  又y=(2 log3x)2 2 log3x2=(log3x 3)2-3.
  ∵x∈[1,3],∴log3x∈[0,1],
  ∴ymax=(1 3)2-3=13,ymin=(0 3)2-3=6.
  ∴函数y=[f(x)]2 f(x2)的值域为[6,13].
  点评:解答有关函数的问题首先研究其定义域,这是解答的规范,也是思维的规范.
  例14已知函数f(x)=ax 1x 2在(-2, ∞)内单调递减,求实数a的取值范围.
  错解:f′(x)=2a-1(x 2)2,由函数f(x)在(-2, ∞)内单调递减知f′(x)≤0在(-2, ∞)内恒成立,即2a-1(x 2)2≤0在(-2, ∞)内恒成立,因此a≤12.
  错因剖析:错解中未验证f′(x)是否恒为零.函数f(x)在D上单调递增(或递减)的充要条件是“f′(x)≥0(或f′(x)≤0)且f′(x)在D的任一子区间上不恒为零”.而当a=12时f′(x)=0在(-2, ∞)恒成立,所以不符合题意,应舍去,即正确结果是a<12.
  点评:该例用初等数学的方法更为合理:f(x)=ax 1x 2=a 1-2ax 2,要函数f(x)=ax 1x 2在(-2, ∞)内单调递减,只要1-2a>0,解得a<12.
  (作者:夏志勇,海安县曲塘中学)
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