導數中的上帝視角,以一個導數題目為例

2020-12-09 曹老師的高中數學課

假如我自己編寫一個題目,題目的難度足夠高,所用方法百轉千回且其中不乏奇思妙解,我看著自己的題目很得意,把題目拿給別人做,看別人急的腦門生煙也做不出來,最後我得意洋洋的把我設計題目的方法講出來,最後還不忘嘲笑一番,看題目多簡單,你們怎麼做不出來?

這就是出題人和做題人之間的區別,對於高考這種大概率選拔人才的考試,出題人絕對會從做題人的角度去分析,在設置題目難度和解析方法時均是以普適的立場出發,題目看似樸實無華,但解題過程絕對嚴謹邏輯清晰,像我剛開始提出的設想,只是以我個人的角度出發,以炫技為主,在高考中並不適用,這種題目往往會伴隨著讓人摸不著頭腦的「上帝視角」解法,在高考前不少的模擬卷和押題卷均以此方向為主,所以並無卵用。

以前有的學生跟我說過他們學校考試的情況,他們學校周考是以老師輪流出題的形式,但他們班的數學老師屬於走關係的三流人物,每次輪到他出題時均是以模擬題壓軸題難度的形式出現,導致每次平均分很低且班級之間也無法拉開差距,至於他為什麼這麼出題,原因也不需要說的太明顯,都知道。

說了這麼多,只是想說一點,合格的試卷均有合理的區分度,題目設置上甚少出現讓人摸不到頭腦的上帝視角,如果真的出現這種題目,一方面說明了出題水平的問題,另一方面只是說明出題人已經瘋狂暗示過你了,但你並沒有注意,在高考中絕對屬於第二種,今天以一個題目為例:

這種題目之前給過三期的專門訓練,三角與導數結合時一定要注意題目中的三角函數在給定區間內是否是保號的,如若不是,可把所給區間拆分為保號區間,第一問很簡單,無需二階導,至於為什麼要用均值不等式,導函數的形式已經瘋狂暗示你了,很類似x+1/x-2的形式吧。

第二問其實可用端點效應來分析,函數y=f(x)-mx在x=0時的函數值為零,在右端點處的函數值趨近於正無窮,所以最有可能的是函數單增即可,但此時有沒有類似端點效應局限性的形式,即函數先增後減再增的可能。

若以傳統的做法,當m≤0時符合單增的形式,此時符合要求,只需考慮當m>0的情況,顯然不能直接二階求導,因為y=f(x)-mx滿足在x=0處的函數值為0,因此若m>0時存在一個極小的單調減區間,即可直接排除掉該情況,在給定區間內正弦和餘弦均有保號性,試著將原式中的sinx和tanx轉化為一個,即利用放縮將原函數放縮成一個在x=0處為零且存在一個(0,k)上減區間的函數,過程如下:

看完解析有人會問,這就是站在上帝視角解題啊,你又是怎麼能知道當m>0時必定存在一個(0,k)上的減區間的,即在解題時就已經知道了m>0時不符合題意,至於存在不存在先增後減再增且滿足要求的形式,只需要看導函數的零點個數即可,如下:

此時對應的圖像為:

因此當m>0時只存在先減後增的形式,必定存在小於零的區間,如果非要說這是上帝視角提前知道m>0時不符合,不如說在解題之前做了一定的預判,這種預判不就是端點效應不滿足時的情況嗎。題目已經暗示了當x=0時函數值等於0,因此很自然的就會去想存在不存在一個減區間使得不等式不成立,這是一種解題習慣,並不是上帝視角,另外說一下,本題目出得相當不錯。

下次內容預告:四種分布列的深度區別

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