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(2)在高中阶段,学习的知识更加丰富了。我们利用更丰富的实例引导学生认识到,函数是刻画日常生活和其他学科规律的重要数学模型。在高中数学中,函数模型应该占有很重要的地位。我们在任何一个生活情景中,例如,邮局、加油站、机场等等,都会发现许多描述规律的函数关系。在其他学科,如物理、化学、生物、地理、社会、经济等学科中,描述规律的函数关系比比皆是。参看以下实例。
例如,人们早就发现了放射性物质的衰减(衰变)现象.在考古工作中,常用碳14(14C)的含量来确定有机物的年代.已知放射性物质的衰减服从指数规律:
C(t)=C0e−rt.
其中t表示衰减的时间,C0表示放射性物质的原始质量,C(t)表示经衰减了t(年)后尚存的质量,e是一个无理数常数,约等于2.72.
为计算衰减的年代,通常给出该物质质量衰减一半的时间,称其为该物质的半衰期,碳14C的半衰期大约是5730年,由此可确定系数r.人们又知道,放射性物质的衰减速度是与其质量成正比的.
1950年在巴比伦发现一根刻有Hammurbi王朝字样的木炭,当时测定,其碳14C分子的衰减速度为4.09个/每克每分钟,而新砍伐烧成的木炭中碳14C的衰减速度为6.68个/每克每分钟.我们可以估算出Hammurbi王朝所在年代.
事实上,因为碳14C的半衰期是5730年.所以建立方程
=e-5730r.
解得 r=0.000121,由此可知碳14C的衰减规律服从指数型函数
C(t)=C0e-0.000121t.
设发现Hammurbi王朝木炭的时间(1950年)为Hammurbi王朝时期后的t0年.因为放射性物质的衰减速度是与其质量成正比的,所以.
两边取常用对数,得 -0.000121t0=ln4.09-ln6.68 .
得t0=4054 (年).即Hammurbi王朝大约存在于公元前2100年.
(3)在此基础上,进一步抽象概括出函数的严格数学定义。函数关系像一座桥梁把两个变量联系起来,形象的说,在直角坐标系中,函数图像就像一座桥梁把变量x和y联系起来了。
(4)知道了函数的定义之后,再去研究它的性质。
我们先让学生认识一些具体函数的模型,例如,分段函数,简单的幂函数、指数函数与对数函数、三角函数。结合这些函数,我们引入了刻画函数变化的单调性、周期性、奇偶性等基本的性质。
单调性是中学阶段函数最基本的性质之一。一旦我们弄清了一个函数的单调性,就能刻画出这个函数图形的基本形状,以及这个函数变化的基本状况。例如,简单的幂函数y=x3,当我们知道它在整个实数范围内是单调递增的,那么就可以刻画出函数y=x3的图形的基本形状以及它的变化。
周期性也是中学阶段函数的一个最基本的性质。我们生活在一个周期变化的世界里。因此,学会用周期的观点来看待周围事物的变化是非常重要的。周期函数,比如,正余弦函数、正余切函数都是刻画周期变化的函数模型。用周期的观点来研究函数,可以使我们集中研究函数在一个周期里的变化,在此基础上,就可以了解函数在整个定义域内的变化情况。
奇偶性也是我们在中学阶段要研究的函数的性质,但是它不是最基本的性质。奇偶性反应的是函数图形的对称性质,可以帮助我们更加准确和集中地研究函数的变化规律。
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