好文荐读:中学阶段“代数推理”之等价意识02

教育   2024-09-16 21:28   陕西  
正文内容:

在前面一篇公众号文章《于新华:我对“代数推理”的认识与等价意识⑴》中,我们借助大家非常熟悉的“分式方程”为素材,对解方程的过程进行分析,阐述了“等价变形”的数学思想.

在中学阶段,“等价意识”经常体现在两个方面:等价变形等价代换

本文以3道看似简单的问题,阐述“等代代换”的数学思想.

先看第1题:

已知实数xy满足3x22y2=6x,求x2y2的取值范围.

撇开高中“三角巧设”的解法不谈,这里主要阐述初中解法,与大家聊聊“等价代换”的重要性.

观察条件形式,要求x2y2的取值范围,只要将条件变形为y2=3/2·x23x,代入得

由此有人得出结论:x2y2的取值范围为(9/2]

为了方便,这里用高中的区间符号表示取值范围.

这个解答正确吗?不正确!那么错在何处呢?

3x22y2=6x这个等量关系中,xy本来存在相互制约关系,但当y2=3/2·x23x代入消元后,部分制约关系失去了.

进一步具体说,由y2=3/2·x23x0得,0x2

但在代入消元后,如果没有将这个限制范围带上,那么x就可以取一切实数,显然这样的代换是“不等价”的.

正确解答是:

因此正确答案是:x2y2的取值范围为[04].

本题看似简单,但对于第一次解答本题的人,产生错误的人估计不在少数.

通过这样的题目,对我们的数学教学带来什么启示呢?

首先,现实情况是,当许多老师知道正确解答后,再对学生讲解时,往往只是呈现一个正确的解答过程,尤其对于0x2的出现,只是平铺直叙、按部就班地呈现,而没有上升到一定高度,从思想方法层面进行强调与总结.如此,学生只是了解这道题目的正确解答,但对“等价代换”的理解仍缺少普遍意义,下次在解答其他类似问题时,仍然有可能犯错误.

正确的做法是,要告诉学生,无论消元,还是换元,一定要注意变量前后取值范围的变化,在代换时,要保证前后“范围等价”.

消元如此强调,换元也应这样假如在解题过程中,有必要将x2用符号t进行简化表示,那么在教学时,应当停顿下来询问学生,这里需要注意什么?无论学生会说,还是不会说,教师再作讲解:要注意变量的取值范围!及时考虑代换“等价”,并形成良好的书写习惯“x2=t(t0)”.

因此,无论消元,还是换元,应形成一种意识及时考虑变量取值范围!只有在前后取值范围保持一致的前提下,那么这样的“消元代换”才是等价的.

再看第2题:

已知xy=2,且x>1y<0,求xy的取值范围.

用代入消元解答:将y=x2代入得,xy=2x2

由于x>1,因此xy的取值范围为(0,+∞).

这样解答正确吗?不正确!原因何在?在代换中对范围的考虑不够周密,因此这样的代换没有保证等价.

xy=2中,x除了受x>1这个明显的取值范围限制外,还因为y<0受到隐性的取值范围限制,在解答时,还要考虑这个隐性的取值范围.

y=x2<0得,x<2,因此1<x<2

从而xy的取值范围为(02)

再看第3题:

2024安徽)已知实数ab满足ab1=00<ab1<1,则下列判断正确的是(    )

此题最简单、最自然的解法是:消元代换.

ab1=0得,b=a1

代入0<ab1<1得,0<2a2<1,-1<a<1/2

结合1<a<1/2,分别考虑b=a12a4b=6a44a2b=6a2取值范围得,0<b<1/2,-2<2a4b<1,-4<4a2b<1
因此答案为C
通过前面三道例题的解答与分析,可以看出,“消元”(或“换元”)是常用的代换手段在这个过程中,需要保证代换前后变量的取值范围保持一致,否则极易因为代换不等价而产生错误

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