周末的数学测验,气氛比平日课堂更添几分凝重。凌凡稳扎稳打,前面的题目虽有几处小陷阱,但都被他凭借近期锤炼的谨慎一一化解。时间流逝,他的笔尖终于抵达了那份试卷的最终壁垒——最后一道大题。
这道题占据着卷面最显赫的位置,分值高达十五分,题目本身却透着一股简洁的冷峻:
【题目】已知函数定义在全体实数上,其导函数满足某个特定关系式(关系式本身比较复杂,涉及原函数与导函数的组合),且函数在原点处的函数值已知。第一问是证明该函数在某个区间内单调递增;第二问是求解一个关于该函数的不等式。
凌凡快速扫过题目,心脏微微加速。又是导数的综合应用,但这次的形式更为抽象,没有给出具体的函数解析式,只给出了导函数满足的一个方程。这需要他从微分方程的角度去理解函数性质。
他深吸一口气,启动“拆解”心法。
目标:第一问,证明单调性;第二问,解不等式。
条件:导函数满足一个方程,一个初始值。
核心工具:导数与单调性关系,可能涉及解微分方程或利用已知关系式进行放缩、变形。
第一问要求证明单调性。按照常规思路,要证明单调递增,只需证明其导函数在该区间内大于等于零。题目给出了导函数满足的关系式,他尝试对这个关系式进行变形,试图直接判断出导函数的正负。
他设原函数为某个符号,将其导函数满足的方程写在草稿纸上,进行各种可能的代数变形:移项、合并、因式分解……然而,关系式似乎被精心设计过,几次尝试都未能直接分离出导函数,或者分离出来后形式依然复杂,无法直接判断正负。
时间一分一秒过去,凌凡的额头渗出了细密的汗珠。他能感觉到,这条直接证明的道路前方似乎被堵死了。
“转化!” 陈老的心法在脑海中响起。直接判断不行,能否转化证明思路?既然导函数本身的正负难以直接判定,是否可以构造一个辅助函数,通过研究这个辅助函数的单调性,来间接证明原函数的单调性?
这个想法如同一道火光,照亮了黑暗。他仔细观察那个导函数满足的关系式,发现它可以被看作是某个表达式求导后的结果!也就是说,存在一个辅助函数,它的导数正好是原关系式左边的形式,而这个导数根据关系式,可以判断出是大于零的!
“找到了!”凌凡心中低呼一声,压抑住兴奋,立刻着手构造这个辅助函数。他根据关系式的结构,逆向推导出这个辅助函数的可能形式。验证一下,求导,果然!辅助函数的导数恰好满足题目给出的关系式,并且这个导数在指定区间内恒大于零!
这意味着,他构造的辅助函数在该区间内是严格单调递增的。那么,只要能建立起原函数与这个辅助函数之间的单调性联系,问题就迎刃而解了。
他继续推导,发现原函数的导函数,恰好可以表示为这个单调递增的辅助函数与另一个恒正函数的乘积。根据“正数乘以递增函数,若该递增函数在区间起点处非负,则乘积亦非负”的逻辑链条,他成功地证明了原函数的导函数在该区间内大于等于零。
第一问,攻克!
凌凡长长地舒了一口气,一种巨大的智力上的愉悦感冲刷着刚才的紧张。他看了一眼时间,花费了不少,但值得。他迅速将第一问的证明过程工整地誊写到答题卡上。
接下来是第二问:求解一个关于该函数的不等式。
有了第一问的成果,他信心倍增。这个不等式涉及函数值,而第一问已经揭示了函数在某个区间内的单调性。他立刻想到,可以利用函数的单调性来简化不等式!
他将不等式进行移项,变形,试图将其转化为比较两个函数值大小的形式。如果能确定函数在相应区间内的单调性,那么解不等式就会容易很多。
他沿着这个思路深入。利用第一问的结论,他确定了函数在某个关键区间上是单调的。然后,他将不等式的一端看作某个常数的函数值,另一端则与函数的自变量有关。根据单调性,解不等式就转化为了解一个更简单的关于自变量的不等式。
思路清晰,方向明确!他仿佛已经看到了胜利的曙光。
然而,就在他即将落笔完成最后计算,求出最终解集的时候,刺耳的交卷铃声猛地炸响!
“时间到!停笔!”
监考老师严厉的声音如同冷水浇头。
凌凡的笔尖僵在了距离答题卡仅一毫米的地方。他只差最后几步计算,就能完全解出第二问,拿到这宝贵的分数!
他看着答题卡上那已经完成了绝大部分推导过程,却唯独缺少最终答案和第二问完整书写的最后一题,一股强烈的遗憾和不甘涌上心头。他解出了一半,而且是最关键、最体现思维深度的前半部分,却倒在了计算的终点线前。
这种“功亏一篑”的感觉,比完全不会做更让人扼腕。
周围的同学开始交卷,传来各种议论声。
“最后一道题太难了!”
“我连第一问都没证出来……”
“凌凡,你最后一道题做出来了吗?”赵鹏凑过来,看到他答题卡上密密麻麻的过程,惊叹道,“哇塞,你写了这么多!看来是搞定了?”
凌凡苦笑着摇了摇头:“只做完了第一问,第二问思路有了,没时间算完。”
苏雨晴也交卷走了过来,目光扫过凌凡的答题卡,看到了他那严谨的第一问证明和第二问的开头思路,微微颔首:“思路是对的。时间不够?”
“嗯。”凌凡有些懊恼地收拾文具,“就差最后一点计算。”
“很正常。”苏雨晴语气平静,“这种题目的计算量本身就是为了区分。你的思路清晰,证明过程完整,第一问的分应该能拿满。第二问即使没算完,如果过程写到点子上,也能拿到不少步骤分。”
听了苏雨晴的话,凌凡的心情稍微平复了一些。他重新审视自己的答卷,虽然未能完美收官,但他在面对这道高难度题目时,成功运用了“拆解”和“转化”心法,找到了关键的突破口,并且完整地完成了第一问的证明。这本身,就是一次思维上的胜利。
他将这份带着遗憾的试卷小心地收好。这道“解出一半”的大题,像一枚特殊的勋章,记录着他向“深水区”更深处进发的努力,也提醒着他,在拥有攻坚能力的同时,对时间的精准掌控和对计算速度的进一步提升,同样至关重要。
“最后大题,不服?”凌凡背起书包,眼中的遗憾已被新的斗志取代,“这次解你一半,下次,定要让你全军覆没!”
深水区的试炼,不仅在知识,更在心态与策略。
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“解出一半”的难题是深水区常见考验。它验证了思维方法(拆解、转化)的有效性与知识掌握的深度,同时暴露了时间掌控或计算熟练度的短板。面对此类情况,拒绝懊恼,应理性分析:肯定已取得的部分(思路、过程分),明确失分点(时间、计算)。将此视为精准的反馈,针对性地提升解题速度与临场时间分配能力。每一次“解出一半”,都是通向“完全攻克”的必经台阶。