摘要 数学是研究数量关系及其空间形式的科学,数量关系是数学研究的重要领域之一,本文以四道试题为例,探究含有“幂指对”代数式中量的关系,提升学生核心素养,以理性思维践行“立德树人,服务选才”。
关键词 幂指对 函数 比较大小
一、问题引入
数量关系是数学研究的重要领域之一,也是高考数学中不可或缺的内容,因此数学试题中定量,半定量的题比重较大,定量并不是一般的简单、机械计算,而是定义、性质、法则等综合于运算之中,在运算过程中考查考生的转化能力、理解能力和严谨的科学思维。幂指对函数式比较大小是高考数学数量关系中的一个难点与热点,通过自己的研究,形成以下思考与同行们分享。
例1:(2017新课标Ⅰ理科)

则

分析:

怎么办?自然地想到等式

通过指对互化表示出的

关系式,是解决此题突破口。
思路一:作商比较法

评注:此法引入了一个参数,化为同真数的对数式,利用对数换底公式是消此题参数最佳的方法。若不消参数,自然地想到思路二:对数函数单调性比较大小。
思路二:转化为同真数

评注:指对互化后,对数式中真数相同,底数不同,化出相同部分,比较不同部分。不难想到把指数式化为同指数或同底数,对数式化为同真数或同底数,从而达到解决问题的目的。
思路三:转化为同指数
,,只需要比较的大小,同上.
思路四:转化为同结构

点评:注意恒等式

是此法解决问题的难点,若指数式不能化为同指数或同底数,对数式不能化为同真数或同底数,但可以化为同结构,利用函数单调性比较大小。
思路五:特殊值比较大小

评注:不是所有指对式都能化“同”(同结构、真数、指数和底数),我们也可以采用特殊法,若满足一般性,则特殊性也满足。
思路六:常用数据法
两边取对数得:

记住常用数据,可以大大简化计算量,考纲也明确要求会画底数的对数函数

的图像.
例2.(2020全国三卷理科)已知,设,则
思路四:二分介值法
比较大小问题本质就是区分谁大谁小,无法直接比较两个数的大小,我们可以引入中间量逐步逼近比较。而二分法思想是引入中间量的主要依据。

例4:(2019云南省统测)已知

解:同构法
细致观察此题对数式,真数均比底数大1,属于同结构式,则需考虑函数

的单调性,令函数,

评注:考生

求导可能有一定的难度,如何把未学

导数的求法转化为已学函数

导数的求法,是解决此题的关键。相类似的高考题还有2005年全国卷三第6题。
二、方法总结
例1与例4可以化同,则主要从问题的宏观角度分析,例2与例3不能化同,则从问题微观角度分析,通俗的地说:幂指对函数的大小比较问题一般归结为两个方面:一个是宏观方面,通过指对互化转化为同结构、真数、指数、系数、底数等的式子,通过化同找到相同部分,利用函数单调性进行比较不同部分;另一个是微观方面:通过作差、作商、不等式放缩、常用数据、特殊值和二分介值法等进行比较。
四道例题的解法揭示了看问题的基本观点:“宏观看结构,微观抓关键”。在数学学习活动中,应该从知识积累层面上升到掌握解决问题通性通法的能力,挖掘背后蕴含的思想,形成看问题以及处理问题的基本观点;所谓观点,就是我们在解决问题过程中形成对事物和问题所持的看法。拥有什么样的观点,往往影响着我们对问题的理解,从而决定所选择的方法,观点越深刻,看问题越透彻,处理问题就越自然。
三、教学启示
在商品交易过程中,我们都知道要“货比三家”,不只是单纯的比较价格,还要对比产品的质量、企业的文化底蕴和产品的设计理念等,这就是人们对商品交易所持的观点。在数学教育教学活动中,我们常常发现,学生听得懂却解不出题,不是因为学生缺少相应的知识和方法,而是没有形成一些看问题的观点。重视通性通法,应用变式和启发式教学,培养学生看问题的观点,淡化特殊技能法。所谓通性通法,就是解决某类问题中具有普遍规律的方法,此种方法常常以概念为依据,以基本方法为技能,操作过程能为绝大多数学生所掌握;特殊技巧法,着眼于提高,灵魂在于一个“巧”字,“巧”意味着运用面狭窄,不宜推广使用,一般学生难于掌握,故在教学中应立足于通性通法,兼顾特殊技巧法,有助于学生对基础知识的巩固和理解、科学素养的提升、科学方法的掌握、科学态度的形成。
参考文献
[1]苏艺伟,陈艺平.指数式及对数式比较大小试题的三种常见题型[J].中学数学研究,2019,04:3-5