前言
审题是求解数学题目之前,必须过好的一关,审题能力是解题的关键能力之一,本博文结合一个比较复杂的函数例子,说明该如何审题,如何组织解答过程,以期对学生的思维有所启迪。
例说审题
〔审题分析〕由于 \(g(x)=a x^{2}-x\), 则函数 \(y=f[g(x)]=\log _{a}\left(a x^{2}-x\right)\),则到此,我们知道题目给定了复合函数\(f[g(x)]\),内函数为\(g(x)\),外函数为\(f(x)\),题目要求复合函数在区间\([2,4]\)上是增函数,则我们需要考虑以下的因素:
①确定外函数的单调性,外函数是对数函数,底数不确定,故到时候需要针对底数分类讨论(只能分类为\(0<a<1\)和\(a>1\)两种),因为只有针对底数分类讨论才能说清楚外层的单调性;
②确定内函数的单调性,对于内层函数而言是二次函数,图象为开口向上的抛物线,要确定其单调性,需要针对对称轴\(x=\cfrac{1}{2a}\)和给定区间\([2,4]\)的位置关系分类,如果要内函数在\([2,4]\)上单调递增,需要对称轴在\(2\)的左侧或\(2\)处,此时用表达式\(\cfrac{1}{2a}\leqslant 2\)来刻画;如果要内函数在\([2,4]\)上单调递减,需要对称轴在\(4\)的右侧或\(4\)处,此时用表达式\(\cfrac{1}{2a}\geqslant 4\)来刻画;
③确保内函数在区间\([2,4]\)上都有意义,即确定内函数的定义域为\([2,4]\)(这一点容易遗忘),需要对\(\forall x\in [2,4]\),\(ax^2-x>0\)必须恒成立,但是我们不是把所有\(x\)都代入验证,由于是恒成立问题,当内函数在区间\([2,4]\)上单调递减时,只需要其最小值\(g(4)>0\)即可;当内函数在区间\([2,4]\)上单调递增时,只需要其最小值\(g(2)>0\)即可,
当考虑清楚了以上的各种因素,我们就可以借助上述的分析框架,书写解答过程了。
〔解答〕: 由于 \(g(x)=a x^{2}-x\), 则函数 \(y=f[g(x)]=\log _{a}\left(a x^{2}-x\right)\).
由函数 \(g(x)=a x^{2}-x\) 的图象为开口向上的抛物线,对称轴为直线 \(x=\cfrac{1}{2 a}\),
① 当 \(0<a<1\)时(外函数是单调递减的),要使得复合函数 \(f[g(x)]\) 在区间 \([2,4]\) 上单调递增,
则\(g(x)=ax^2-x\)在\([2,4]\)上单调递减,且\(g(x)_{\min}>0\),
即 \(\left\{\begin{array}{l}\cfrac{1}{2 a} \geq 4\\ g(4)=16a-4>0\end{array}\right.\),
解得, \(a\in \varnothing\),
② 当 \(a>1\)时,要使得复合函数 \(f[g(x)]\) 在区间 \([2,4]\) 上单调递增,
则\(g(x)=ax^2-x\)在\([2,4]\)上单调递增,且\(g(x)_{\min}>0\),
即 \(\left\{\begin{array}{l}\cfrac{1}{2a} \leq 2\\ g(2)=4a-2>0\end{array}\right.\),
解得\(a>\cfrac{1}{2}\),又由于\(a>1\),故\(a>1\),
综上, 满足题意的实数 \(a\) 的取值范围是 \((1,+\infty)\).