數(shù)學(xué)中的定義、性質(zhì)、定理、公理是數(shù)學(xué)解題的依據(jù),是解題思路的源頭。但是這些結(jié)論往往在一定的前提條件下才成立,所以運(yùn)用這些定義、性質(zhì)、定理解題時(shí)一定要注意結(jié)論在什么樣的條件下才成立;由條件能得到結(jié)論,結(jié)論是不是能得到條件,等等。這些限制條件常常伴隨著定義、性質(zhì)、定理推導(dǎo)而產(chǎn)生。因此在數(shù)學(xué)課堂上一定要注重知識和技能的形成過程,切忌把公式、定理、性質(zhì)的結(jié)論直接傳授給學(xué)生,對知識的形成過程輕描淡寫,這樣學(xué)生僅僅記住了公式性質(zhì)和定理的結(jié)果,而忽略了對它成立時(shí)的前提條件和背景,結(jié)果卻在解題中反復(fù)地犯同樣的錯(cuò)誤,跳不出自己錯(cuò)誤的圈子。下面是我在教學(xué)中遇到的一個(gè)案例。
在一節(jié)解不等式課上我向?qū)W生出示了這樣一道題:已知函數(shù)f(x)=ax-c,滿足-4≤f(1)≤-1,-1≤f(2)≤5,求f(3)的最大值和最小值及取得最大值和最小值時(shí)對應(yīng)a,c的值.
學(xué)生的解法如下:由題意得f(1)=a-c,f(2)=4a-c
因?yàn)?4≤f(1)≤-1,-1≤f(2)≤5,
所以-4≤a-c≤-1 ①,
-1≤4a-c≤5 ②.
所以1≤c-a≤4 ③ 即4≤4c-4a≤16 ④.
?、?③得0≤3a≤9,∴0≤a≤3.
由②+④得3≤3c≤21,∴1≤c≤7
又因?yàn)閒(3)=9a-c,∴0≤9a≤27,-7≤-c≤-1
所以-7≤9a-c≤26,即-7≤f(3)≤26.
所以,當(dāng)a=0,c=7時(shí)f(3)有最值-7;
當(dāng)a=3,c=1時(shí)f(3)有最大值26.
得出這樣結(jié)果的同學(xué)還沾沾自喜,覺得自己解得非常的正確。我順勢把另一種解題過程展示給他們,要他們比較一下這兩個(gè)解法哪個(gè)是正確的,每一種解法的理論依據(jù)是什么,錯(cuò)的錯(cuò)在什么地方,正確的又因何是正確的。(這樣做的目的是鼓勵(lì)學(xué)生在平時(shí)的解題過程中要注意知識的來龍去脈,不僅要知其然而且要知其所以然,引起學(xué)生對知識形成過程的重視。)我給出的解法如下。
因?yàn)閒(1)=a-c,f(2)=4a-c,
因此-1≤f(3)≤20,
所以,f(3)的最大值為20,此時(shí)a=3,c=7;
f(3)的最小值為-1,此時(shí)a=0,c=1.
同學(xué)們經(jīng)過激烈討論還是得不出最后答案。于是我又給出了第三種解法,轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問題來求解,解法如下.
解:由-4≤f(1)≤-1得-4≤a-c≤-1;
由-1≤f(2)≤5得-1≤4a-c≤5,
即線性約束條件為-4≤a-c≤-1 ①-1≤4a-c≤5 ②
目標(biāo)函數(shù)為z=f(3)=9a-c。
作出約束條件的可行域:如圖平行四邊形ABCD.
作出平行直線系z=9a-c,c=9a-z,斜率為9.
當(dāng)平行直線經(jīng)過點(diǎn)A(0,1)時(shí)z最小,最小值為-1;
當(dāng)平行直線經(jīng)過點(diǎn)C(3,7)時(shí)z最大,最大值為20.
所以當(dāng)a=3,c=7時(shí),f(3)取最大值20;
a=0,c=1時(shí),f(3)取最小值-1.
請同學(xué)們分析這種解法是否正確.經(jīng)過激烈討論后,得出一致結(jié)果:后面兩種解法是正確的(大概是看到后面兩種解法答案一樣,才會有這樣的結(jié)果).但當(dāng)我問道:第一種解法為什么錯(cuò),錯(cuò)在哪兒呢?后面的兩種解法為什么對?它們的各自解題理論依據(jù)是什么?同學(xué)們卻陷入了沉思,遲遲答不出來.
事實(shí)上,我們來比較一下前兩種解法的區(qū)別:前兩種解法都運(yùn)用了不等式的性質(zhì):a>b,c>d,a+c>b+d(這就是解題的理論依據(jù)).而學(xué)生的解法是利用同向不等式相加的性質(zhì),求出a、c各自的范圍后,又利用同向不等式相加的性質(zhì)求出9a-c的范圍,這里就有問題了:
同向不等式相加性質(zhì):若a>b,c>d,則a+c>b+d,
但是反過來若a+c>b+d,得不出a>b,c>d.
這里利用-4<a-c<-1,-1<4a-c<5求出0<a<3,1<c<7.反過來再利用0<a<3,1<c<7得出的-7<a-c<2,-7<4a-c<11已經(jīng)不是原來的已知條件,所以再利用0<a<3,1<c<7得出的9a-c的范圍太大了.這就是錯(cuò)誤的真正原因.而在第二種解法中直接運(yùn)用a-c和4a-c的范圍,依據(jù)同向不等式相加的性質(zhì)求出f(3)=9a-c的范圍,這里的解法是正確的.在不等式的8條性質(zhì)中有些條件可以推出結(jié)論,但由結(jié)論得不出條件,這一條就是其中之一,運(yùn)用這些性質(zhì)解題時(shí)一定要注意.
而第三種解法是利用線性規(guī)劃的知識來解的:作出可行域,移動目標(biāo)函數(shù),求出最優(yōu)解.這種解法是正確的,因?yàn)椋翰坏仁舰佗诖_定了一個(gè)平面區(qū)域(如圖)由圖可以看出,a和c并不是相互獨(dú)立的關(guān)系,而是由不等式組決定的相互制約關(guān)系。a取得最大(?。┲禃r(shí),c并不能同時(shí)取得最大(?。┲?;c取得最大(小)值時(shí),a并不能同時(shí)取得最大(小)值。而學(xué)生解法的問題正在于此,由于忽略了a和c的相互制約關(guān)系,所得出的取值范圍比實(shí)際的范圍要大.利用線性規(guī)劃來解,整體上保持了a和c的相互制約關(guān)系,因而得出的范圍是準(zhǔn)確的.但是一定要注意約束條件變化時(shí)要進(jìn)行等價(jià)變換.
上面的這個(gè)案例給了我太多的思考,“新課標(biāo)”提出的教學(xué)目標(biāo)就是:在平時(shí)的教學(xué)課堂中既要重視知識與技能的傳授,又要注重情感態(tài)度與價(jià)值觀的培養(yǎng),更要注意讓學(xué)生經(jīng)歷知識的推導(dǎo)過程,進(jìn)一步掌握求解問題的一般方法.