从一个题目的解答过程看数学知识的积累的重要性

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典型案例

【2018\\(\\cdot\\)太原模拟,来源于凤中2019理科资料微课时练习三的第6题】已知命题\\(p\\)\\(\\exists x_0\\in R\\)\\(e^{x_0}-mx_0=0\\),命题\\(q\\)\\(\\forall x\\in R\\)\\(x^2+mx+1\\ge 0\\),若\\(p\\lor(\\neg q)\\)为假命题,求实数\\(m\\)的取值范围。

解析:由复合命题真值表可知,\\(p\\lor(\\neg q)\\)为假命题,

\\(p\\)\\(\\neg q\\)都为假命题,即\\(p\\)\\(q\\)真。

先说命题\\(q\\)\\(\\forall x\\in R\\)\\(x^2+mx+1\\ge 0\\),为真命题,

则属于恒成立命题,由\\(\\Delta=m^2-4\\leq 0\\),解得\\(-2\\leq m\\leq 2\\)

\\(q\\)为真,则有\\(-2\\leq m\\leq 2\\)

以下重点研究命题\\(p\\),而由题目可知,

\\(\\neg p\\)\\(\\forall x\\in R\\)\\(e^x-mx \\neq 0\\),为真命题。

即方程\\(e^x-mx =0\\)无实根,此时准备分离参数:

思路一:方程\\(mx= e^x\\) 无实根,由不完全分离参数法,即函数\\(y=e^x\\)和函数\\(y=mx\\)的图像没有交点。如图所示,

设直线\\(y=mx\\)与曲线\\(y=e^x\\)相切于点\\(P(x_0,y_0)\\)

\\(\\quad\\left\\{\\begin{array}{l}{m=e^{x_0}①}\\\\{y_0=e^{x_0}②}\\\\{y_0=mx_0③}\\end{array}\\right.\\) \\(\\quad\\quad\\)释难列方程的来源是:从斜率相等角度,从切点在曲线上的角度,从切点在直线上的角度

解得切点坐标为\\(P(1,e)\\)\\(m=e\\),即二者相切时的斜率为\\(e\\)

故由图可知,两个函数图像没有交点时,\\(0\\leq m < e\\)

思路二:方程\\(m=\\cfrac{e^x}{x}\\)无实根,由完全分离参数法,即函数\\(y=m\\)和函数\\(y=\\cfrac{e^x}{x}\\)的图像没有交点。

\\(g(x)=\\cfrac{e^x}{x}\\),下面用导数研究其单调性,定义域为\\((-\\infty,0)\\cup(0,+\\infty)\\)

\\(g\'(x)=\\cfrac{e^x\\cdot x-e^x\\cdot 1}{x^2}=\\cfrac{e^x(x-1)}{x^2}\\)

\\(x\\in (-\\infty,0)\\)时,\\(g\'(x)<0\\)\\(g(x)\\)单调递减,\\(x\\in (0,1)\\)时,\\(g\'(x)<0\\)\\(g(x)\\)单调递减,

\\(x\\in (1,+\\infty)\\)时,\\(g\'(x)>0\\)\\(g(x)\\)单调递增,且\\(g(1)=\\cfrac{e^1}{1}=e\\)

在同一个坐标系中做出函数\\(y=m\\)和函数\\(g(x)=\\frac{e^x}{x}\\)做函数\\(g(x)=\\frac{e^x}{x}\\)的图像时,务必要注意函数值的正负,一般来说当函数中包含有\\(e^x\\)\\(\\ln x\\)时,做函数的图像就必须特别注意函数值的正负。\\(\\quad\\)的图像,

由图像可知,两个函数图像没有交点时,\\(0 \\leq m < e\\)

\\(e^x-mx\\neq 0\\)时,得到\\(0\\leq m<e\\),此时\\(p\\)为假,

综上,\\(p\\)为假且\\(q\\)为真时,

必有\\(\\left\\{\\begin{array}{l}{-2\\leq m\\leq 2}\\\\{ 0\\leq m<e}\\end{array}\\right.\\)

\\(0\\leq m\\leq 2\\),即实数\\(m\\)的取值范围为\\([0,2]\\)。End.

总结提炼

由本题目的顺利求解,我们都学到了哪些数学知识:

①简单命题的真假判断;复合命题真值表;

②函数与方程的相关知识;三个高频的等价转化关系;

\\(f(x)-g(x)=0\\)的根的个数;等于函数\\(h(x)=f(x)-g(x)\\)的零点个数;也等于函数\\(y=f(x)\\)与函数\\(y=g(x)\\)的图像的交点个数;

③导数法研究函数的单调性,做函数的简图;

④求曲线的切线;列、解相关的方程组;

由本题目的求解我们得到的数学经验有哪些,能提升哪些数学素养:

①将命题转化为恒成立和能成立命题;

②数与形的不断转化;

③分离参数的常用方法:

本题目还可以做哪些变形拓展:

  • \\(\\exists x\\in R\\),使得方程\\(e^x-mx=0\\)有解,求参数\\(m\\)的取值范围。\\((-\\infty,0)\\cup [e,+\\infty)\\)

  • 若方程\\(e^x-mx=0\\)的解集不是空集,求参数\\(m\\)的取值范围。\\((-\\infty,0)\\cup [e,+\\infty)\\)

  • 用导数方法多练习这些函数的图像,\\(y=\\cfrac{e^x}{x}\\)\\(y=x\\cdot e^x\\)\\(y=\\cfrac{lnx}{x}\\)\\(y=x\\cdot lnx\\)

  • 函数\\(y=e^x\\)和函数\\(y=x+1\\)相切于点\\((0,1)\\),你能说明吗?

  • 注意函数\\(y=kx+1\\)\\(y=kx^2\\)\\(y=k|x|\\)中的\\(k\\)的作用。

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