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
錯誤解法
錯誤分析 當(dāng)時,真數(shù)
且
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。
正確解法
例2、
求過點的直線,使它與拋物線
僅有一個交點。
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
,消去
得:
整理得
直線與拋物線僅有一個交點,
解得
所求直線為
錯誤分析 此處解法共有三處錯誤:
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。
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。
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
即
軸,它正好與拋物線
相切。
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。
設(shè)所求的過點的直線為
則
,
令
解得
所求直線為
綜上,滿足條件的直線為:
(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。
例3、
實數(shù),使方程
至少有一個實根。
錯誤解法 方程至少有一個實根,
或
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。
正確解法 設(shè)是方程的實數(shù)根,則
由于都是實數(shù),
解得
例4 已知雙曲線的右準線為,右焦點
,離心率
,求雙曲線方程。
錯解1
故所求的雙曲線方程為
錯解2 由焦點知
故所求的雙曲線方程為
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。
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
整理得
正解2 依題意,設(shè)雙曲線的中心為
則 解得
所以
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:
如果成立,那么
成立,即
,則稱
是
的充分條件。
如果成立,那么
成立,即
,則稱
是
的必要條件。
如果,則稱
是
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。
例5 解不等式
錯誤解法 要使原不等式成立,只需
解得
錯誤分析 不等式成立的充分必要條件是:
或
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
或
,或
原不等式的解集為
例6(軌跡問題)求與軸相切于右側(cè),并與
⊙也相切的圓的圓心
的軌跡方程。
錯誤解法 如圖3-2-1所示,
已知⊙C的方程為
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
,即
化簡得
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
。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。
例7 設(shè)等比數(shù)列的全
項和為
.若
,求數(shù)列的公比
.
錯誤解法
錯誤分析 在錯解中,由
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。
正確解法 若,則有
但,即得
與題設(shè)矛盾,故
.
又依題意
可得
即
因為,所以
所以
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。
例8 (如圖3-2-2),具有公共
軸的兩個直角坐標平面
和
所成的二面角
等于
.已知
內(nèi)的曲線
的方程是
,求曲線
在
內(nèi)的射影的曲線方程。
錯誤解法 依題意,可知曲線是拋物線,
在內(nèi)的焦點坐標是
因為二面角等于
,
且所以
設(shè)焦點在
內(nèi)的射影是
,那么,
位于
軸上,
從而
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。
所以曲線在
內(nèi)的射影的曲線方程是
錯誤分析 上述解答錯誤的主要原因是,憑直觀誤認為
。
正確解法 在
內(nèi),設(shè)點
是曲線上任意一點
(如圖3-2-3)過點作
,垂足為
,
過作
軸,垂足為
連接
,
則軸。所以
是二面角
的平面角,依題意,
.
在
又知軸(或
與
重合),
軸(或
與
重合),設(shè)
,
則
因為點在曲線
上,所以
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。
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。
錯誤解法 依題意可設(shè)橢圓方程為
則 ,
所以 ,即
設(shè)橢圓上的點到點
的距離為
,
則
所以當(dāng)時,
有最大值,從而
也有最大值。
所以 ,由此解得:
于是所求橢圓的方程為
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:
若,則當(dāng)
時,
(從而
)有最大值。
于是從而解得
所以必有,此時當(dāng)
時,
(從而
)有最大值,
所以,解得
于是所求橢圓的方程為
例10 求的最小值
錯解1
錯解2
錯誤分析 在解法1中,的充要條件是
即這是自相矛盾的。
在解法2中,的充要條件是
這是不可能的。
正確解法1
其中,當(dāng)
正 確 解 法2 取正常數(shù),易得
其中“”取“=”的充要條件是
因此,當(dāng)
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