从那个冲上热搜的韩国高考数学题讲起

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从那个冲上热搜的韩国高考数学题讲起

2023-02-22 05:57| 来源: 网络整理| 查看: 265

前几天有好几个人微信问我那个冲上热搜的2023韩国高考数学题,就下面这个。

当然,人家不是来问我这个题怎么做的,毕竟不算很难,这位同学纠结的是网友的评论:该题目是否属于初中难度

换句话说,用于初中考试题目是否超纲(不会是位初中数学老师吧)

简单说一下解法

简单那说一下解法,通常来说网友给出的解法是这样的,只需要幂运算法则和平方差公式就可以解决(取对数来解就不提了,那就是高中的范畴了)

(\frac{4}{2^\sqrt2})^{2+\sqrt2}=(\frac{2^2}{2^\sqrt2})^{2+\sqrt2}=(2^{2-\sqrt2})^{2+\sqrt2}=2^{2^2-\sqrt2^2}=2^2=4

所以我询问了他们当地的考试大纲,发现幂运算和幂的定义确实属于当地初中教学大纲内容,也在考纲中,所以看上去似乎在初中测试中也不超纲。

但是仔细研究了一下之后,我还是建议他放弃在初中阶段出这个题目。因为我发现考纲的规定有点模糊,还是存在超纲的可能性:当地大纲中尽管规定了幂运算属于考纲范围,但是在幂定义这里却规定了“有理次幂”,对于“实数次幂”则仅仅要求了解概念。

幂的定义问题

我们熟知的幂定义一般是n个正实数a相乘的结果表示为 a^n ,一般读作a的n次幂。而反过来,正实数a开n次方写作 \sqrt[n]{a}=a^{\frac{1}{n}} 。这二者中n都必须是正整数

而根据幂运算规则,我们可以得到 \sqrt[q]{a^p}=a^{\frac{p}{q}} ,其中p和q都是正整数,而任何正有理数都可以表示两个互质的正整数的比的形式,成由此我们可以将正实数的幂指数扩展到整个正有理数。再借助 a^{-x}=\frac{1}{a^x} 就可以扩展到整个有理数。

所以,正实数的有理次幂完全在初中考纲之类

但是,上述定义无法将幂指数扩展到实数,因为有理数的有限次的加减乘除运算不可能得到无理数,所以我们没法通过有理次乘方和开放运算得到无理次幂

将幂指数扩展到实数的方法

那么如果我们要将幂指数从有理数扩展到实数,就必须借助新的定义。通常有两种定义方法:

其一是依靠极限:

在有理次幂的定义基础上

定义: a^x=\lim_{r \rightarrow x}{a^r} (a\in R^+, x\in R, r\in Q)

其二是依靠对数函数来定义:

通过先定义实数域上的指数函数 e^x=\exp(x)=\lim_{n \rightarrow \infty}{(1+\frac{x}{n})^n}

然后通过取对数的形式将任意 a\in R^+ 时 a^x=e^{\ln b}=\exp(\ln b) 的形式将底数扩展到正实数从而完成正实数的实数次幂的定义。

显然,无论采用那种形式都需要借助极限的定义,而极限显然不在当地初中考纲范围内,故而可能存在超纲。



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