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幂函数、指数函数和对数函数·函数的单调性

教学目标

1.使学生理解函数单调性的概念,并能判断一些简单函数在给定区间上的单调性.

2.通过函数单调性概念的教学,培养学生分析问题、认识问题的能力.通过例题培养学生利用定义进行推理的逻辑思维能力.

3.通过本节课的教学,渗透数形结合的数学思想,对学生进行辩证唯物主义的教育.

教学重点与难点

教学重点:函数单调性的概念.

教学难点:函数单调性的判定.

教学过程设计

一、引入新课

师:请同学们观察下面两组在相应区间上的函数,然后指出这两组函数之间在性质上的主要区别是什么?

(用投影幻灯给出两组函数的图象.)

第一组:

第二组:

生:第一组函数,函数值yx的增大而增大;第二组函数,函数值yx的增大而减小.

师:(手执投影棒使之沿曲线移动)对.他(她)答得很好,这正是两组函数的主要区别.当x变大时,第一组函数的函数值都变大,而第二组函数的函数值都变小.虽然在每一组函数中,函数值变大或变小的方式并不相同,但每一组函数却具有一种共同的性质.我们在学习一次函数、二次函数、反比例函数以及幂函数时,就曾经根据函数的图象研究过函数的函数值随自变量的变大而变大或变小的性质.而这些研究结论是直观地由图象得到的.在函数的集合中,有很多函数具有这种性质,因此我们有必要对函数这种性质作更进一步的一般性的讨论和研究,这就是我们今天这一节课的内容.

(点明本节课的内容,既是曾经有所认识的,又是新的知识,引起学生的注意.)

二、对概念的分析

(板书课题:函数的单调性)

师:请同学们打开课本第51页,请××同学把增函数、减函数、单调区间的定义朗读一遍.

(学生朗读.)

师:好,请坐.通过刚才阅读增函数和减函数的定义,请同学们思考一个问题:这种定义方法和我们刚才所讨论的函数值y随自变量x的增大而增大或减小是否一致?如果一致,定义中是怎样描述的?

生:我认为是一致的.定义中的“当x1x2时,都有fx1)<fx2)”描述了yx的增大而增大;“当x1x2时,都有fx1)>fx2)”描述了yx的增大而减少.

师:说得非常正确.定义中用了两个简单的不等关系“x1x2”和“fx1)<fx2)或fx1)>fx2)”,它刻划了函数的单调递增或单调递减的性质.这就是数学的魅力!

(通过教师的情绪感染学生,激发学生学习数学的兴趣.)

师:现在请同学们和我一起来看刚才的两组图中的第一个函数y=f1x)和y=f2x)的图象,体会这种魅力.

(指图说明.)

师:图中y=f1x)对于区间[ab]上的任意x1x2,当x1x2时,都有f1x1)<f1x),因此y=f1x)在区间[ab]上是单调递增的,区间[ab]是函数y=f1x)的单调增区间;而图中y=f2x)对于区间[ab]上的任意x1x2,当x1x2时,都有f2x1)>f2x2),因此y=f2x)在区间[ab]上是单调递减的,区间[ab]是函数y=f2x)的单调减区间.

(教师指图说明分析定义,使学生把函数单调性的定义与直观图象结合起来,使新旧知识融为一体,加深对概念的理解.渗透数形结合分析问题的数学思想方法.)

师:因此我们可以说,增函数就其本质而言是在相应区间上较大的自变量对应……

(不把话说完,指一名学生接着说完,让学生的思维始终跟着老师.)

生:较大的函数值的函数.

师:那么减函数呢?

生:减函数就其本质而言是在相应区间上较大的自变量对应较小的函数值的函数.

(学生可能回答得不完整,教师应指导他说完整.)

师:好.我们刚刚以增函数和减函数的定义作了初步的分析,通过阅读和分析你认为在定义中我们应该抓住哪些关键词语,才能更透彻地认识定义?

(学生思索.)

学生在高中阶段以至在以后的学习中经常会遇到一些概念(或定义),能否抓住定义中的关键词语,是能否正确地、深入地理解和掌握概念的重要条件,更是学好数学及其他各学科的重要一环.因此教师应该教会学生如何深入理解一个概念,以培养学生分析问题,认识问题的能力.

(教师在学生思索过程中,再一次有感情地朗读定义,并注意在关键词语处适当加重语气.在学生感到无从下手时,给以适当的提示.)

生:我认为在定义中,有一个词“给定区间”是定义中的关键词语.

师:很好,我们在学习任何一个概念的时候,都要善于抓住定义中的关键词语,在学习几个相近的概念时还要注意区别它们之间的不同.增函数和减函数都是对相应的区间而言的,离开了相应的区间就根本谈不上函数的增减性.请大家思考一个问题,我们能否说一个函数在x=5时是递增或递减的?为什么?

生:不能.因为此时函数值是一个数.

师:对.函数在某一点,由于它的函数值是唯一确定的常数(注意这四个字“唯一确定”),因而没有增减的变化.那么,我们能不能脱离区间泛泛谈论某一个函数是增函数或是减函数呢?你能否举一个我们学过的例子?

生:不能.比如二次函数y=x2,在y轴左侧它是减函数,在y轴右侧它是增函数.因而我们不能说y=x2是增函数或是减函数.

(在学生回答问题时,教师板演函数y=x2的图像,从“形”上感知.)

师:好.他(她)举了一个例子来帮助我们理解定义中的词语“给定区间”.这说明函数的单调性是函数在某一个区间上的性质,但这不排斥有些函数在其定义域内都是增函数或减函数.因此,今后我们在谈论函数的增减性时必须指明相应的区间.

师:还有没有其他的关键词语?

生:还有定义中的“属于这个区间的任意两个”和“都有”也是关键词语.

师:你答的很对.能解释一下为什么吗?

(学生不一定能答全,教师应给予必要的提示.)

师:“属于”是什么意思?

生:就是说两个自变量x1x2必须取自给定的区间,不能从其他区间上取.

师:如果是闭区间的话,能否取自区间端点?

生:可以.

师:那么“任意”和“都有”又如何理解?

生:“任意”就是指不能取特定的值来判断函数的增减性,而“都有”则是说只要x1x2fx1)就必须都小于fx2),或fx1)都大于fx2).

师:能不能构造一个反例来说明“任意”呢?

(让学生思考片刻.)

生:可以构造一个反例.考察函数y=x2,在区间[-22]上,如果取两个特定的值x1=-2x2=1,显然x1x2,而fx1=4fx2=1,有fx1)>fx2),若由此判定y=x2[-22]上的减函数,那就错了.

师:那么如何来说明“都有”呢?

生:y=x2[-22]上,当x1=-2x2=-1时,有fx1)>fx2);当x1=1x2=2时,有fx1)<fx2),这时就不能说y=x2,在[-22]上是增函数或减函数.

师:好极了!通过分析定义和举反例,我们知道要判断函数y=fx)在某个区间内是增函数或减函数,不能由特定的两个点的情况来判断,而必须严格依照定义在给定区间内任取两个自变量x1x2,根据它们的函数值fx1)和fx2)的大小来判定函数的增减性.

(教师通过一系列的设问,使学生处于积极的思维状态,从抽象到具体,并通过反例的反衬,使学生加深对定义的理解.在概念教学中,反例常常帮助学生更深刻地理解概念,锻炼学生的发散思维能力.)

师:反过来,如果我们已知fx)在某个区间上是增函数或是减函数,那么,我们就可以通过自变量的大小去判定函数值的大小,也可以由函数值的大小去判定自变量的大小.即一般成立则特殊成立,反之,特殊成立,一般不一定成立.这恰是辩证法中一般和特殊的关系.

(用辩证法的原理来解释数学知识,同时用数学知识去理解辩证法的原理,这样的分析,有助于深入地理解和掌握概念,分清概念的内涵和外延,培养学生学习的能力.)

三、概念的应用

1  4所示的是定义在闭区间[-55]上的函数fx)的图象,根据图象说出fx)的单调区间,并回答:在每一个单调区间上,fx)是增函数还是减函数?

(用投影幻灯给出图象.)

生甲:函数y=fx)在区间[-5-2][13]上是减函数,因此[-5-2][13]是函数y=fx)的单调减区间;在区间[-21][35]上是增函数,因此[-21][35]是函数y=fx)的单调增区间.

生乙:我有一个问题,[-5-2]是函数fx)的单调减区间,那么,是否可认为(-5-2)也是fx)的单调减区间呢?

师:问得好.这说明你想的很仔细,思考问题很严谨.容易证明:若fx)在[ab]上单调(增或减),则fx)在(ab)上单调(增或减).反之不然,你能举出反例吗?一般来说.若fx)在[a

(增或减).反之不然.

2  证明函数fx=3x+2在(-∞,+∞)上是增函数.

师:从函数图象上观察函数的单调性固然形象,但在理论上不够严格,尤其是有些函数不易画出图象,因此必须学会根据解析式和定义从数量上分析辨认,这才是我们研究函数单调性的基本途径.

(指出用定义证明的必要性.)

师:怎样用定义证明呢?请同学们思考后在笔记本上写出证明过程.

(教师巡视,并指定一名中等水平的学生在黑板上板演.学生可能会对如何比较fx1)和fx2)的大小关系感到无从入手,教师应给以启发.)

师:对于fx1)和fx2)我们如何比较它们的大小呢?我们知道对两个实数ab,如果ab,那么它们的差a-b就大于零;如果a=b,那么它们的差ab就等于零;如果ab,那么它们的差a-b就小于零,反之也成立.因此我们可由差的符号来决定两个数的大小关系.

生:(板演)设x1x2是(-∞,+∞)上任意两个自变量,当x1x2时,

fx1-fx2=3x1+2-3x2+2=3x1-3x2=3x1-x2)<0

所以fx)是增函数.

师:他的证明思路是清楚的.一开始设x1x2是(-∞,+∞)内任意两个自变量,并设x1x2(边说边用彩色粉笔在相应的语句下划线,并标注“①→设”),然后看fx1-fx2),这一步是证明的关键,再对式子进行变形,一般方法是分解因式或配成完全平方的形式,这一步可概括为“作差,变形”(同上,划线并标注”②→作差,变形”).但美中不足的是他没能说明为什么fx1-fx2)<0,没有用到开始的假设“x1x2”,不要以为其显而易见,在这里一定要对变形后的式子说明其符号.应写明“因为x1x2,所以x1-x20,从而fx1-fx2)<0,即fx1)<fx2).”这一步可概括为“定符号”(在黑板上板演,并注明“③→定符号”).最后,作为证明题一定要有结论,我们把它称之为第四步“下结论”(在相应位置标注“④→下结论”).

这就是我们用定义证明函数增减性的四个步骤,请同学们记住.需要指出的是第二步,如果函数y=fx)在给定区间上恒大于零,也可以

小.

(对学生的做法进行分析,把证明过程步骤化,可以形成思维的定势.在学生刚刚接触一个新的知识时,思维定势对理解知识本身是有益的,同时对学生养成一定的思维习惯,形成一定的解题思路也是有帮助的.)

调函数吗?并用定义证明你的结论.

师:你的结论是什么呢?

上都是减函数,因此我觉得它在定义域(-∞,0)∪(0+∞)上是减函数.

生乙:我有不同的意见,我认为这个函数不是整个定义域内的减函数,因为它不符合减函数的定义.比如取x1∈(-∞,0),取x2∈(0+∞),x1x2显然成立,而fx1)<0fx2)>0,显然有fx1)<fx2),而不是fx1)>fx2),因此它不是定义域内的减函数.

生:也不能这样认为,因为由图象可知,它分别在(-∞,0)和(0+∞)上都是减函数.

域内的增函数,也不是定义域内的减函数,它在(-∞,0)和(0+∞)每一个单调区间内都是减函数.因此在函数的几个单调增(减)区间之间不要用符号“∪”连接.另外,x=0不是定义域中的元素,此时不要写成闭区间.

上是减函数.

(教师巡视.对学生证明中出现的问题给予点拔.可依据学生的问题,给出下面的提示:

1)分式问题化简方法一般是通分.

2)要说明三个代数式的符号:kx1·x2x2-x1

要注意在不等式两边同乘以一个负数的时候,不等号方向要改变.

对学生的解答进行简单的分析小结,点出学生在证明过程中所出现的问题,引起全体学生的重视.)

四、课堂小结

师:请同学小结一下这节课的主要内容,有哪些是应该特别注意的?

(请一个思路清晰,善于表达的学生口述,教师可从中给予提示.)

生:这节课我们学习了函数单调性的定义,要特别注意定义中“给定区间”、“属于”、“任意”、“都有”这几个关键词语;在写单调区间时不要轻易用并集的符号连接;最后在用定义证明函数的单调性时,应该注意证明的四个步骤.

五、作业

1.课本P53练习第1234题.

数.

=ax1-x2)(x1+x2+bx1-x2

=x1-x2[ax1+x2+b].(*

+b0.由此可知(*)式小于0,即fx1)<fx2).

课堂教学设计说明

函数的单调性是函数的一个重要性质,是研究函数时经常要注意的一个性质.并且在比较几个数的大小、对函数作定性分析、以及与其他知识的综合应用上都有广泛的应用.对学生来说,函数的单调性早已有所知,然而没有给出过定义,只是从直观上接触过这一性质.学生对此有一定的感性认识,对概念的理解有一定好处,但另一方面学生也会觉得是已经学过的知识,感觉乏味.因此,在设计教案时,加强了对概念的分析,希望能够使学生认识到看似简单的定义中有不少值得去推敲、去琢磨的东西,其中甚至包含着辩证法的原理.

另外,对概念的分析是在引进一个新概念时必须要做的,对概念的深入的正确的理解往往是学生认知过程中的难点.因此在本教案的设计过程中突出对概念的分析不仅仅是为了分析函数单调性的定义,而且想让学生对如何学会、弄懂一个概念有初步的认识,并且在以后的学习中学有所用.

还有,使用函数单调性定义证明是一个难点,学生刚刚接触这种证明方法,给出一定的步骤是必要的,有利于学生理解概念,也可以对学生掌握证明方法、形成证明思路有所帮助.另外,这也是以后要学习的不等式证明方法中的比较化的基本思路,现在提出要求,对今后的教学作一定的铺垫.


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