2009年高考數(shù)學(xué)總復(fù)習(xí)解題思維專題講座之三

   數(shù)學(xué)思維的嚴密性

一、概述

在中學(xué)數(shù)學(xué)中,思維的嚴密性表現(xiàn)為思維過程服從于嚴格的邏輯規(guī)則,考察問題時嚴格、準確,進行運算和推理時精確無誤。數(shù)學(xué)是一門具有高度抽象性和精密邏輯性的科學(xué),論證的嚴密性是數(shù)學(xué)的根本特點之一。但是,由于認知水平和心里特征等因素的影響,中學(xué)生的思維過程常常出現(xiàn)不嚴密現(xiàn)象,主要表現(xiàn)在以下幾個方面:

概念模糊  概念是數(shù)學(xué)理論體系中十分重要的組成部分。它是構(gòu)成判斷、推理的要素。因此必須弄清概念,搞清概念的內(nèi)涵和外延,為判斷和推理奠定基礎(chǔ)。概念不清就容易陷入思維混亂,產(chǎn)生錯誤。

判斷錯誤  判斷是對思維對象的性質(zhì)、關(guān)系、狀態(tài)、存在等情況有所斷定的一種思維形式。數(shù)學(xué)中的判斷通常稱為命題。在數(shù)學(xué)中,如果概念不清,很容易導(dǎo)致判斷錯誤。例如,“函數(shù)是一個減函數(shù)”就是一個錯誤判斷。

推理錯誤   推理是運用已知判斷推導(dǎo)出新的判斷的思維形式。它是判斷和判斷的聯(lián)合。任何一個論證都是由推理來實現(xiàn)的,推理出錯,說明思維不嚴密。

例如,解不等式

解   

       或 這個推理是錯誤的。在由推導(dǎo)時,沒有討論的正、負,理由不充分,所以出錯。

二、思維訓(xùn)練實例

例1、            不等式 

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錯誤解法 

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錯誤分析  當(dāng)時,真數(shù)在所求的范圍內(nèi)(因 ),說明解法錯誤。原因是沒有弄清對數(shù)定義。此題忽視了“對數(shù)的真數(shù)大于零”這一條件造成解法錯誤,表現(xiàn)出思維的不嚴密性。

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正確解法  

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例2、            求過點的直線,使它與拋物線僅有一個交點。

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錯誤解法  設(shè)所求的過點的直線為,則它與拋物線的交點為

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,消去得:

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整理得  直線與拋物線僅有一個交點,

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解得所求直線為

錯誤分析  此處解法共有三處錯誤:

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第一,設(shè)所求直線為時,沒有考慮與斜率不存在的情形,實際上就是承認了該直線的斜率是存在的,且不為零,這是不嚴密的。

第二,題中要求直線與拋物線只有一個交點,它包含相交和相切兩種情況,而上述解法沒有考慮相切的情況,只考慮相交的情況。原因是對于直線與拋物線“相切”和“只有一個交點”的關(guān)系理解不透。

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第三,將直線方程與拋物線方程聯(lián)立后得一個一元二次方程,要考慮它的判別式,所以它的二次項系數(shù)不能為零,即而上述解法沒作考慮,表現(xiàn)出思維不嚴密。

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正確解法  當(dāng)所求直線斜率不存在時,即直線垂直軸,因為過點,所以軸,它正好與拋物線相切。

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當(dāng)所求直線斜率為零時,直線為平行軸,它正好與拋物線只有一個交點。

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設(shè)所求的過點的直線為

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    解得所求直線為

綜上,滿足條件的直線為:

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(2)      判斷的訓(xùn)練

造成判斷錯誤的原因很多,我們在學(xué)習(xí)中,應(yīng)重視如下幾個方面。

①注意定理、公式成立的條件

數(shù)學(xué)上的定理和公式都是在一定條件下成立的。如果忽視了成立的條件,解題中難免出現(xiàn)錯誤。

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例3、            實數(shù),使方程至少有一個實根。

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錯誤解法  方程至少有一個實根,

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錯誤分析  實數(shù)集合是復(fù)數(shù)集合的真子集,所以在實數(shù)范圍內(nèi)成立的公式、定理,在復(fù)數(shù)范圍內(nèi)不一定成立,必須經(jīng)過嚴格推廣后方可使用。一元二次方程根的判別式是對實系數(shù)一元二次方程而言的,而此題目盲目地把它推廣到復(fù)系數(shù)一元二次方程中,造成解法錯誤。

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正確解法  設(shè)是方程的實數(shù)根,則

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由于都是實數(shù),

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解得 

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例4  已知雙曲線的右準線為,右焦點,離心率,求雙曲線方程。

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錯解1 

故所求的雙曲線方程為

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錯解2  由焦點

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故所求的雙曲線方程為

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錯解分析  這兩個解法都是誤認為雙曲線的中心在原點,而題中并沒有告訴中心在原點這個條件。由于判斷錯誤,而造成解法錯誤。隨意增加、遺漏題設(shè)條件,都會產(chǎn)生錯誤解法。

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正解1  設(shè)為雙曲線上任意一點,因為雙曲線的右準線為,右焦點,離心率,由雙曲線的定義知

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整理得                      

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正解2  依題意,設(shè)雙曲線的中心為

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則       解得 

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所以 

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故所求雙曲線方程為 

②注意充分條件、必要條件和充分必要條件在解題中的運用

我們知道:

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如果成立,那么成立,即,則稱的充分條件。

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如果成立,那么成立,即,則稱的必要條件。

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如果,則稱的充分必要條件。

充分條件和必要條件中我們的學(xué)習(xí)中經(jīng)常遇到。像討論方程組的解,求滿足條件的點的軌跡等等。但充分條件和必要條件中解題中的作用不同,稍用疏忽,就會出錯。

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例5  解不等式

錯誤解法  要使原不等式成立,只需

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    解得

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錯誤分析  不等式成立的充分必要條件是:

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原不等式的解法只考慮了一種情況,而忽視了另一種情況,所考慮的情況只是原不等式成立的充分條件,而不是充分必要條件,其錯誤解法的實質(zhì),是把充分條件當(dāng)成了充分必要條件。

正確解法  要使原不等式成立,則

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,或

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原不等式的解集為

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例6(軌跡問題)求與軸相切于右側(cè),并與

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也相切的圓的圓心

的軌跡方程。

錯誤解法  如圖3-2-1所示,

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已知⊙C的方程為

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設(shè)點為所求軌跡上任意一點,并且⊙P與軸相切于M點,

與⊙C相切于N點。根據(jù)已知條件得

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,即

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化簡得     

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錯誤分析  本題只考慮了所求軌跡的純粹性(即所求的軌跡上的點都滿足條件),而沒有考慮所求軌跡的完備性(即滿足條件的點都在所求的軌跡上)。事實上,符合題目條件的點的坐標并不都滿足所求的方程。從動圓與已知圓內(nèi)切,可以發(fā)現(xiàn)以軸正半軸上任一點為圓心,此點到原點的距離為半徑(不等于3)的圓也符合條件,所以也是所求的方程。即動圓圓心的軌跡方程是

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。因此,在求軌跡時,一定要完整的、細致地、周密地分析問題,這樣,才能保證所求軌跡的純粹性和完備性。

③防止以偏概全的錯誤

以偏概全是指思考不全面,遺漏特殊情況,致使解答不完全,不能給出問題的全部答案,從而表現(xiàn)出思維的不嚴密性。

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例7  設(shè)等比數(shù)列的全項和為.若,求數(shù)列的公比.

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錯誤解法 

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錯誤分析  在錯解中,由

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時,應(yīng)有在等比數(shù)列中,是顯然的,但公比完全可能為1,因此,在解題時應(yīng)先討論公比的情況,再在的情況下,對式子進行整理變形。

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正確解法  若,則有

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,即得與題設(shè)矛盾,故.

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又依題意 

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可得        

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因為,所以所以

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所以     

說明  此題為1996年全國高考文史類數(shù)學(xué)試題第(21)題,不少考生的解法同錯誤解法,根據(jù)評分標準而痛失2分。

④避免直觀代替論證

我們知道直觀圖形常常為我們解題帶來方便。但是,如果完全以圖形的直觀聯(lián)系為依據(jù)來進行推理,這就會使思維出現(xiàn)不嚴密現(xiàn)象。

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例8  (如圖3-2-2),具有公共軸的兩個直角坐標平面所成的二面角等于.已知內(nèi)的曲線的方程是,求曲線內(nèi)的射影的曲線方程。

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錯誤解法  依題意,可知曲線是拋物線,

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內(nèi)的焦點坐標是

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因為二面角等于,

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所以

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設(shè)焦點內(nèi)的射影是,那么,位于軸上,

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從而

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所以所以點是所求射影的焦點。依題意,射影是一條拋物線,開口向右,頂點在原點。

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所以曲線內(nèi)的射影的曲線方程是

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錯誤分析  上述解答錯誤的主要原因是,憑直觀誤認為

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。

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正確解法  在內(nèi),設(shè)點是曲線上任意一點

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(如圖3-2-3)過點,垂足為,

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軸,垂足為連接,

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軸。所以是二面角

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的平面角,依題意,.

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又知軸(或重合),

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軸(或重合),設(shè),

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則   

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因為點在曲線上,所以

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即所求射影的方程為  

(3)   推理的訓(xùn)練

數(shù)學(xué)推理是由已知的數(shù)學(xué)命題得出新命題的基本思維形式,它是數(shù)學(xué)求解的核心。以已知的真實數(shù)學(xué)命題,即定義、公理、定理、性質(zhì)等為依據(jù),選擇恰當(dāng)?shù)慕忸}方法,達到解題目標,得出結(jié)論的一系列推理過程。在推理過程中,必須注意所使用的命題之間的相互關(guān)系(充分性、必要性、充要性等),做到思考縝密、推理嚴密。

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例9  設(shè)橢圓的中心是坐標原點,長軸在軸上,離心率,已知點到這個橢圓上的最遠距離是,求這個橢圓的方程。

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錯誤解法  依題意可設(shè)橢圓方程為

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則    ,

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所以    ,即 

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設(shè)橢圓上的點到點的距離為,

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則   

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所以當(dāng)時,有最大值,從而也有最大值。

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所以    ,由此解得:

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于是所求橢圓的方程為

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錯解分析  盡管上面解法的最后結(jié)果是正確的,但這種解法卻是錯誤的。結(jié)果正確只是碰巧而已。由當(dāng)時,有最大值,這步推理是錯誤的,沒有考慮到的取值范圍。事實上,由于點在橢圓上,所以有,因此在求的最大值時,應(yīng)分類討論。即:

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,則當(dāng)時,(從而)有最大值。

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于是從而解得

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所以必有,此時當(dāng)時,(從而)有最大值,

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所以,解得

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于是所求橢圓的方程為

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例10  求的最小值

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錯解1 

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錯解2 

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錯誤分析  在解法1中,的充要條件是

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這是自相矛盾的。

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在解法2中,的充要條件是

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這是不可能的。

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正確解法1

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其中,當(dāng)

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正 確 解 法2 取正常數(shù),易得

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其中“”取“=”的充要條件是

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因此,當(dāng)

 

 

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