关于一道集合类数学题的若干思考

周末,孩子在家写作业。其他课程我都不关心,除了数学。只有数学,从小学开始我就自己边重新开始学边辅导儿子,一直到初中几乎都没有中断。也是实在没有时间去钻研其他的科目,只好抓事物的主要矛盾,而数学就是关键,马虎不得,也耽误不得。现在他刚上高一,我自然惯性地重视他数学方面的学习。

等到他数学作业全部做完,我特意挑了他作业里面的最后一题看了一下,这道题是这样子的:

关于集合的知识因为提前温习过一遍,所以直接自己先做,做完检验了一下,觉得应该没有问题再总结了一下解题的思路。

首先,自然地应该会想到:要求满足 ,则A集合里的元素x的范围须在(-1,1)这个区间里,既然是子集,那么等于这个区间长度和小于这个区间长度都是可以的。

接下来,自然会想到要去求A集合里面的x,而要求A里面这个不等式,关键取决于a。因为要解A中的x,必须要消掉x前面的系数a。那么在不等式性质下对a进行分析研究就是顺理成章的事情了。也就是这个a能不能除?当然一种是能除,一种是不能除:

1.不能除。即当a=0时,而a=0,ax就恒等于零,这种情况下x无解,也就是说x作任何努力都是徒劳的,也即A=,而空集是任何集合的子集,所以a=0符合题意。

2.能除。又分两种情况:

(1)当a>0时,解不等式1<ax<2,即<x<。而根据上面的分析提到,A是B的子集,那么A中x的区间等于这个区间长度或小于这个区间长度都是可以的,也即区间的左右端点可以落在-1和1,也可以落在-1和1之间。也即当a>0时:要满足≥-1且≤1且a>0解这个联立不等式得到a≥2;

(2)当a<0时,解不等式1<ax<2,即<x<。同样道理,此时的a要满足≥-1且≤1且a<0,解这个联立不等式得到a≤-2。

综上,可知a的取值范围为:a≤-2或a=0或a≥2。

题是解完了,细细思量至少还有以下几点值得去思考和关注:

一是走出解题第一步的关键到底在哪里?这道题要求的是满足的a的取值范围,首先自然要想到的是参照、对比的对象B是什么情况?由此而一步步地按照既有知识、一定的顺序去抽丝剥茧。这个第一步或许对初学者来说,要求具备的是一种基本的阅读理解题目的能力,一种可以通过多刷题来提高解题反应速度的,类似打篮球凭手感的“下意识”。

二是对于初学者来说,第一种情形,即a=0时,x无解的情况下,能立即考虑到A是空集,又递进一步去想到空集是任何集合的子集,是比较罕见的,是极大概率会出错的地方。这个要靠多练,可能没有其他更好的办法。此外,解联立不等式时,有没有把前提a>0或a<0同时进行考虑,有没有忘记这个前提,也是初学者容易忽略的地方。

三是无解和不存在是不是同一回事?我第一次在解当a>0这种情形的时候,因为计算不过关,联立不等式解出来的结果是a≤-1且a≥2,从而得出a不存在的答案,后来在检验的时候发现错了。但由此产生一个疑问:假如确实有这种情况,即有a不存在的情况,那么这种情况下A里面的x是属于无解呢还是也是属于不存在?如果是算作无解,但这个情况下的无解和第一种情形即当a=0时下x无解是不一样的,那么假设的这种情况的A也可以算是空集?对于这个问题,我个人认为不应该算作空集,而应该是属于“不存在”,因为a不存在,在此前提下的x当然也是不存在的,类似于这道题的式子不存在。而当a=0时,式子还是可以存在的,只是没有解。所以说不存在和无解还是有区别。

三是解题的时候要有一套逻辑,而且不能中断。这道题的逻辑是什么?就基本的逻辑来说,就是要有前提、依据和次序。前提一般是题目中的已知条件,依据是集合、不等式的性质和定理等,次序是环环相扣的步骤。立论要明确,论证要有力,思维要连贯。

四是反复的练习是必不可少的,熟能生巧。这个是事物的普遍规律,没有人可以跨越。区别只是在于练习所需要的频次,有的人相对练得少就可以掌握,有的人则相反,程度不一。练习还是一种测试,通过题型的多变,也就是不断换“马甲”,在同一个或同一类问题上反复训练、检验学生对概念的理解和掌握程度,终极目标就是“生巧”,无极就是太极。

五是不要忘记事物的两面性,也即一体两面。简单的比如此题中要把a除下来的时候,有些初学者就是只考虑到能除的正负情形,却往往会忽略不能除的情形。这个时候,多联系事物必然有至少的两面,一阴一阳谓之道这个规律就不太会遗漏,不太会使自己成为“一根筋”。注意应该至少是两根筋而不是一根筋。

当然,应该还有其他的、更好的思考可以被梳理出来,这里就不一一枚举了,权当抛砖引玉。

我自己做完并思考完毕,再来看孩子的解答。他的解答很简洁,简洁到了让我质疑我自己是不是做错了、想多了。他的答案是:a≤2。

......此处省略1000字。

最后,我对他说:“爸爸讲的只是给你一个参考,最终的解答要以学校老师的解析为准,毕竟老师才是最专业的。”

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