在高中数学中,没有一个概念的表述象函数那么形式化,让人感到如此的抽象。当专家、学者们为高中函数定义如何表述更加精确而争论不休时,函数概念教学却始终难逃“不识函数真面目,只缘身在函数中”的怪圈。具体表现为:教师能够剖析函数的定义,却无法揭示函数的实质;学生会解相关的题目,却不清楚函数到底是什么。究其原因,主要是教师对函数概念的发生、发展过程了解不够。尽管课程标准明确要求“通过丰富的实例,体会对应关系在刻画函数概念中的作用”,但这只能让学生更容易接受“集合说”,而无法从整体上揭示函数的本质。若要函数概念“大白于天下”,还应“追根溯源”。
1. 感受“时间”流逝,诞生“变量”
天地之间的万物都在运动变化着的。最吸引古人的运动莫过于“天上”的运动。白天,日出东方,傍晚日落西方,月亮升起;晚上,星空璀璨,但这些星星也是在运动的,每隔一段时间,它们的位置就会发生变化。还有,春夏秋冬,四季轮回。不仅如此,地上也是在运动的,比如,火山喷发、地震、泥石流等。当然,还有人类自身的变化,人从出生表衰老,也是一个运动变化的过程。由于这些变化都是随着时间的变化而变化的,因此,时间就是最原始的变量。古人通过对时间的感受,头脑中就逐渐形成了变量的概念。随着生产力的发展,人类观察“变量”视野不断开阔,发现生活之中处处有变量。比如,人口的数量、气温的变化、农作物的产量、城市的规模、股市波动等。
除了变量以外,还存在着相对稳定的常量。比如,某人的生日、圆周率PI、黄金分割数等还有些量有时可以是变量,有时也可以是变量。比如,人的身高,从出生到成年人的身高是在变化的,因此身高是变量;但成年后,身高就保持不变了,此时身高就是常量。又比如你到菜场买猪肉,在这一天内猪肉的价格是固定的,一斤10元,两斤20元……,因此,在这天内猪肉的价格是常量。但如果从一段时间看,猪肉的价格是在波动的,此时猪肉的价格就是变量。由此可见,静止是暂时的,运动却是永恒的!
2. 研究“变量”规律,建立“关系”
可以说,人类的进步得益于对变量的研究,进而在研究中发现了变量的变化规律。比如,对时间变量的研究,最显著的成果莫过于发明了“历法”。在古代,国家历法的先进程度决定了生产力的先进程度。在我国古代历法中,把一年划分成了24节气,目的是为了指导农业生产。比如,节气中“立春”,其实就告诉人们天气要转暖了,要开始准备农业生产了,一旦到了“春分”,农民就应该播种了。因此,人类要生存,要发展,对变量变化规律的总结是必不可少的。谁掌握了地球上变量的变化规律,谁就可以主宰地球。到底如何总结变量的变化规律呢?人们发现这些变量之间存在着某种制约关系。即一个变量的变化会引起另一个变量的变化。
比如,在商品买卖中有“暴利”一说,意思是同样数量的商品,价格越高,销售收入也越高。这种制约关系能不能用数学式子来表示呢?
首先引进一些参数,用y表示销售收入,x表示商品价格,n表示卖出的商品数量,则它们满足:y=nx。这里的n是常量,x、y是变量。这个式子显然体现了变量y随着变量x增大而增大的变化规律。
又比如,在商品买卖中还有一种说法叫“薄利多销”,意思是在保证销售收入不变的前提下,商品价格越低,卖出的数量越多。这种制约关系怎么表示呢?把上式y=nx变形为n=y/x,此时y是常量,x、n是变量。尽管这个式子是由先前的式子变过来的,但由于变量的不同,所以表达的意思完全不同。由此可见,代数式能真实地刻画变量之间的关系。
3. 提炼“关系”共性,产生“形式”
当借助代数式刻画变量之间关系逐渐被人们所接受时,人们开始提炼这类式子中所蕴含关系的共性。即这类关系包含了哪些共同的成分呢?
首先要有两个变量构成,而且一个变量的变化制约着另一个变量的变化。也就是说一个变量的值是由另一个变量的值决定的。这个两个变量一个称为自变量,另一个称为因变量。上述例子中的y=100x, x称为自变量,y的值因为x的值变化而变化的,所以y就称为因变量。
其次,既然是变化,当然有个变化的范围。对y=100x来说,x的是商品的价格,理论上x的变化范围是大于0的所有实数,y的变化范围也是大于0的所有实数。当然,y的变化范围可以由x的变化范围来确定的。如果y=100x中x的变化范围扩大到全体实数,整个式子的本质就变了,它不再是反应价格与销售收入的关系了。由此可见,看似一个简单的代数式,实际上还包含了变量变化的范围。
共性提炼完毕后,人们开始思考给这类代数式一个合适的称呼,于是“函数”的概念因运而生。人们对函数最初的理解就是一个包含变量的代数式,但后来发现这种认识并不全面,并不是所有的函数关系都能列 |