《方程的根与函数的零点》教学设计

《方程的根与函数的零点》教学设计1教材分析1.1地位与作用《方程的根与函数零点的关系》是“函数的应用”这一单元的第一节内容，课标要求“结合二次函数的图像，判断一元二次方程根的存在性及根的个数，从而了解函数的零点与方程根的联系。”第三章《函数的应用》的课程目标之一是“通过本章的学习，使学生学会二分法求方程近似解的方法，从中体会函数与方程之间的联系。”《方程的根与函数零点的关系》一课的主要教学内容有函数零点的定义和函数零点存在性判定依据，这两者显然是为“用二分法求方程近似解”这一“函数的应用”服务的。而从中学数学内容结构来看，本课的内容也可以看作是函数概念的一个子概念，是函数概念外延的一次扩充。给出函数零点概念的目的是把函数与方程之间联系起来，用函数的观点统领中学代数知识，把所有的中学代数问题都统一到函数的思想指导之下，从这个角度看本节课还应承载建立函数与方程教学思想的任务。1.2对函数零点的定义的解构对于函数y=f(x),把使f(x)=0成立的实数x叫做函数y=f(x)的零点。教科书把定义解释为：方程f(x)=0有实根函数y=f(x)的图象与x轴有交点函数y=f(x)有零点。教材严格按照课标要求只体现了函数y=f(x)的零点与方程f(x)=0的解的关系，没有对函数与方程的联系与区别这方面的内容加以阐述，这样的话学生在学习了“函数的零点”这一内容之后，仍然不可能对函数与方程的关系有较明确的认识。教学用书提出：“给出函数零点的概念后，要让学生明确“方程的根”与“函数的零点”尽管有密切的联系，但不能将它们混为一谈。之所以介绍通过求函数的零点求方程的根，是因为函数的图象和性质，为理解函数的零点提供了直观认识，并为判定零点是否存在和求出零点提供了支持，这就使方程的求解与函数的变化形成联系，有利于分析问题的本质。”这虽然是函数与方程的关系中较为表层的东西，也应在函数零点的概念建立的过程有所铺垫。函数的零点，是一个三位一体的概念，从方程的角度看，为相应方程f(x)=0的实数根；从形的角度看，为函数y=f(x)的图像与x轴的交点；从函数与自变量相对应的角度看，就是使函数值为0的实数x，是一个数。方程f(x)=0有实根函数y=f(x)的图象与x轴有交点函数y=f(x)有零点。可“析出”转化的数学思想方法，不仅可以让学习者体验到函数与方程的数学思想方法，还明显蕴含着丰富的数形结合的数学思想方法，对型如f(x)=g(x)的方程都划归为f(x)-g(x)=0的形式，并转化为函数F(x)=f(x)-g(x)的零点问题。还可“析出”化归的数学思想方法。教科书选取探究具体的一元二次方程的根与其对应的一元二次函数的图像与x轴的交点的横坐标之间的关系，作为本书内容的入口。教材把重点是放在第二个转化，即重在从函数角度来研究方程问题。但如果在教学中把“方程f(x)=0的实数根”有意无意地替换为“解方程f(x)=0”，解方程意味着求方程的所有解，这就把原来的具体单点问题扩大为整体问题，通过两个转化，于是“求零点的个数”问题就产生了，这是对函数的零点概念的过度解构，也是对函数概念外延的过度扩充。导致后续的叫教学行为、学生活动偏离教学主线。1.3对函数零点的存在性判定依据的解构（说定理似乎不妥）如果函数y=f(x)在区间[a,b]上是连续不断的一条曲线，并且有f(a)f(b)0，那么，函数f(x)在区间(a,b)内有零点，即在c(a,b),使得f(c)=0，这个c也就是方程f(x)=0的根。函数零点的存在性判定依据，教材不要求给予证明，一般是通过一定量的具体案例让学生直观感知、操作确认的。教科书安排例1.求函数f(x)=㏑x+2x-6的零点个数。目的似乎是给出一种求在区间（a,b）内单一零点的方法，也是一处函数的应用点（函数的单调性）。函数零点的存在性判定依据加上单调性这一强化条件，确实可以得到在区间（a,b）内有单一零点的结论，与下一节课《用二分法求方程近似解》有一定的联系。但这一条件过于强化，如果让学生觉得在区间（a,b）内有单一零点函数必须单调，那就成为一种有问题的教学了。事实上，在区间（a,b）内有单一零点函数不一定要单调，“在区间（a,b）内有单一零点函数必须单调”成为一教学陷阱。单一零点的问题应该叙述为：存在区间（a,b），使函数y=f(x)在区间[a,b]上为单调函数，并且有f(a)f(b)0，那么，函数f(x)在（a,b）内有单一零点；至于“在区间（a,b）内有几个零点”的问题或“函数f(x)有几个零点”问题，牵涉的问题会更多，如多重零点问题，又如分段函数f(x)=其图像是不间断的，显然该函数的零点为[-2,2]，等等，仔细考虑就要研究零点的性质，与课程目标有距离，也需要函数与方程的数学思想进一步的支撑，不必着力研究。改变定理的条件或结论，得到一些新的命题，引导学生从正面、反面、侧面等不同角度重新进行审视的教学手段，也应该与课程目标有关，掌握好“度”。1.2教学重点基于上述分析，确定本节的教学重点是：了解函数零点概念，掌握函数零点存在性定理．2学情分析2.1学生具备必要的知识与心理基础．通过前面的学习，学生已经了解一些基本初等函数的模型，具备一定的看图识图能力，这为本节课利用函数图象，判断方程根的存在性提供了一定的知识基础．方程是初中数学的重要内容，用所学的函数知识解决方程问题，扩充方程的种类，这是学生乐于接受的，故而学生具备心理与情感基础．2.2学生缺乏函数与方程联系的观点．高一学生在函数的学习中，常表现出不适，主要是数形结合与抽象思维尚不能胜任．具体表现为将函数孤立起来，认识不到函数在高中数学中的核心地位．2.3直观体验与准确理解判定的矛盾．从方程根的角度理解函数零点，学生并不会觉得困难．而用函数来确定方程根的个数和大致范围，则需要适应．换言之，零点存在性判定的获得与应用，必须让学生从一定量的具体案例中操作感知，通过更多的举例来验证．2.4教学难点基于上述分析，确定本节的教学难点是：对零点存在性判定的准确理解．3课时安排：2课时（课标要求1课时）第一课时：从一定量的具体案例中操作感知函数零点的存在性判定依据第二课时：用信息技术求形如函数f(x)=㏑x+2x-6的解原因：根据学校学生实际，基础薄弱，利用信息技术能力差。4目标分析4．1知识与技能目标：1、了解函数零点的概念：能够结合具体方程（如二次方程），说明方程的根、函数的零点、函数图象与x轴的交点三者的关系；2、理解函数零点存在性判定：了解图象连续不断的意义及作用；知道判定只是函数存在零点的一个充分条件；了解函数零点可能不止一个；3、能利用函数图象和性质判断某些函数的零点个数，及所在区间．4.2过程与方法目标：1、经历“观察实例—分析共性—归纳形成概念或结论—应用”的过程，感悟由具体到抽象的研究方法，培养归纳概括能力．2、初步体会函数方程思想，能将方程求解问题转化为函数零点问题．4.3情感、态度和价值观目标：1、体会函数与方程的“形”与“数”、“动”与“静”、“整体”与“局部”的内在联系．2、体验规律发现的快乐．5过程分析5.1教学结构设计：5.2教学过程设计：（一）创设情境，感知概念1、实例引入解方程：（1）2-x=4；（2）㏑x+2x-6=0（幻灯显示）意图：通过纯粹靠代数运算无法解决的方程，引起学生认知冲突，激起探求的热情．提出早在十三世纪的中国，秦九韶等数学家就提出了高次方程数值解的解法，振奋学生的民族自豪感，2、一元二次方程的根与二次函数图象之间的关系．（幻灯显示）填空：方程x2-2x-3=0x2-2x+1=0x2-2x+3=0根函数y=x2-2x-3y=x2-2x+1y=x2-2x+3图象图象与x轴的交点归纳：判别式ΔΔ0Δ=0Δ0方程ax2+bx+c=0(a0)的根函数y=ax2+bx+c(a0)的图象函数的图象与x轴的交点问题1：一元二次方程的根与相应的二次函数的图象之间有怎样的关系？（幻灯显示）学生讨论，得出结论：一元二次方程的根就是函数图象与x轴交点的横坐标．意图：通过回顾二次函数图象与x轴的交点和相应方程的根的关系，为一般函数及相应方程关系作准备．3、一般函数的图象与方程根的关系．问题2：其他的函数与方程之间也有类似的关系吗？请举例！师生互动，在学生提议的基础上，老师加以改善，现场在几何画板下展示类似如下函数的图象：y=2x－4，y=2x－8，y=ln(x－2)，y=(x－1)(x＋2)(x－3)，y=㏑x+2x-6比较函数图象与x轴的交点和相应方程的根的关系，从而得出一般的结论：方程f(x)=0有几个根，y=f(x)的图象与x轴就有几个交点，且方程的根就是交点的横坐标．意图：通过各种函数，将结论推广到一般函数，为零点概念做好铺垫．（二）辨析讨论，深化概念．4、函数零点．概念：对于函数y=f(x)，把使f(x)=0的实数x叫做函数y=f(x)的零点．（幻灯显示）即兴练习：函数f(x)=x(x2－16)的零点为（）A．(0，0)，(4，0)B．0，4C．(–4，0)，(0，0)，(4，0)D．–4，0，4设计意图：及时矫正“零点是交点”这一误解．（板书）说明：①函数零点不是一个点，而是具体的自变量的取值．②求函数零点就是求方程f(x)=0的根．5、归纳函数的零点与方程的根的关系．问题3：函数的零点与方程的根有什么共同点和区别？（板书）（1）联系：①数值上相等：求函数的零点可以转化成求对应方程的根；②存在性一致：方程f(x)=0有实数根⇔函数y=f(x)的图象与x轴有交点⇔函数y=f(x)有零点．函数的零点，从方程的角度看，为相应方程f(x)=0的实数根；从形的角度看，为函数y=f(x)的图像与x轴的交点；从函数与自变量相对应的角度看，就是使函数值为0的实数x，是一个数。（2）区别：零点对于函数而言，根对于方程而言．以上关系说明：函数与方程有着密切的联系，函数问题有时可转化为方程问题，同样，有些方程问题可以转化为函数问题来求解，这正是函数与方程思想的基础．练习：求下列函数的零点：（幻灯显示）设计意图：使学生熟悉零点的求法（即求相应方程的实数根）．（三）实例探究，归纳定理．6、零点存在性定理的探索．（幻灯显示）问题4：在怎样的条件下，函数y=f(x)在区间[a，b]上一定有零点？探究：（1）观察二次函数f(x)=x2－2x－3的图象：在区间[-2，1]上有零点______；f(-2)=_______，f(1)=_______，f(-2)·f(1)_____0（“”或“”）．在区间(2，4)上有零点______；f(2)·f(4)____0（“”或“”）．（2）观察函数的图象：（幻灯显示①在区间(a，b)上___(有/无)零点；f(a)·f(b)___0（“”或“”）．②在区间(b，c)上___(有/无)零点；f(b)·f(c)___0（“”或“”）．③在区间(c，d)上___(有/无)零点；f(c)·f(d)___0（“”或“”）．意图：通过归纳得出零点存在性判定．7、零点存在性判定：（板书）一般地，我们有：如果函数y=f(x)在区间[a，b]上的图象是连续不断一条曲线，并且有f(a)·f(b)0，那么，函数y=f(x)在区间(a，b)内有零点．即存在c∈(a，b)，使得f(c)=0，这个c也就是方程f(x)=0的根．（连续即图象能一笔画）即兴练习：1.已知函数f（x）=－3x5－6x＋1有如下对应值表：（幻灯显示）x－2－1.5012f（x）10944．171－8－107函数y=f（x）在哪几个区间内必有零点？为什么？2.下列函数在相应区间内是否存在零点？（1）f(x)=log2x，x∈[，2]；（2）f(x)=ex-1+4x-4，x∈[0，1]．意图：通过简单的练习适应定理的使用．（四）正反例证，辨析判定的成立条件．8．定理辨析与灵活运用（幻灯显示）例1判断下列结论是否正确，若不正确，请使用函数图象举出反例：（1）已知函数y=f(x)在区间[a，b]上连续，且f(a)·f(b)0，则f(x)在区间(a，b)内有且仅有一个零点（）