北师大版数学选修1-1教案:第1章-教材点拨:充分条件与必要条件

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2021年01月11日 11:04
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2021年1月11日发(作者:曲绵域)


充分条件与必要条件教材点拨
一、充分条件
命题的条件和结论是构成命题的 两个部分,并且条件和结论可以互相转化。
当一个命题为假命题时,可以说条件不能推出结论;而当命题 为真命题时,可以
说由此条件能推出结论。所以一个命题从条件和结论的角度看,
条件与结论有 着一定的关系,即:由条件能否推出结论?如果
由命题的条件能推出结论,那么命题就是真命题,此时条 件就
叫结论的充分条件。
物理模型的直观解释:如图1-2-1 电路图,当开关A闭合时,灯泡B亮,而当灯泡B亮时,开关A却不一定是闭合的;即要使灯泡B亮,
只要开关A闭合着一 个条件就够了,我们就称“开关A闭合”是“灯泡B亮”的充分条
件。
一般地,“若
p
,则
q
”是一个真命题,是指由
p
通过推理可以得出
q< br>,即由
p
可推出
q
,记作
pq
,那么,就称条件< br>p
是结论
q
的充分条件(sufficient
condition)。
“若
q
,则
p
”是一个真命题, 是指由
q
通过推理可以得出
p
,即由
q
可推出
p< br>,
记作
qp
,那么,就称
q

p
的充分条 件(sufficient condition)。
例如:①
x1x
2< br>1
,那么,“
x1
”是“
x
2
1
” 成立的充分条件;

a2a
2
4
,那么,“
a2< br>”是“
a
2
4
”成立的充分条件;③三边对应相等的两
个三 角形全等:“三边对应相等”是“两个三角形全等”的充分条件;④“
m1
”是函数
A
C
图1-1
B
×
y(m
2
3m3)x
2m
为幂函数的充分条件;
警 示:充分条件就是某一个结论成立应该具备的条件,当命题具备此条件时,
就可以得出此结论,或者要是 此结论成立,只要具备此条件就够了,而当命题不
具备此条件时,结论也有可能成立。例如,当
x4
时,
x
2
16
成立,但是,当x4
时,
x
2
16
也可以成立,即
x4
时,
x
216
也成立,所以,
x4

x
2
16
成 立
的充分条件,
x4
也是
x
2
16
成立的充 分条件。


【例】仿照示例改写下列命题,并判断条件是否为充分条件:
示例 :若
x1
,则
x
2
1
,可以改写成:
x1 x
2
1
;是充分条件;
(1)个位数字是0的自然数能被5整除;
(2)对角线相等的四边形是矩形;
(3)与同一平面所成的角相等的两条直线平行; (4)若定义域为
R
的函数
f(x)
为奇函数,则
f(0)0

解:(1)个位数字是0的自然数

这个自然数能被5整除;是充分条件;
(2)四边形的对角线相等

这个四边形是矩形;不是充分条件;
(3)两条直线与同一平面所成的角相等

这两条直线平行;不是充分条件;
(4)定义域为
R
的函数
f(x)
为奇函数

f(0) 0
;是充分条件。
点拨:本例还是练习命题的条件和结论,同时判断此命题的真假,由命题的 真
假可以判断条件是否为充分条件,当命题为真时,条件是充分条件;当命题为假
时,条件不是 充分条件。
针对性练习:
下列各题中,哪些
p

q
的充分条件:
(1)
p

n0,

1
1

q

n 1

n
(2)
p

xy5

q
x
2
y
2
3x7y10

(3)
p

ab0

q

a
2
b
2
0

(4)
p
:直线
l
1
∥平面


l
2

平面


q< br>:
l
1

l
2

解:(1)
p< br>是
q
的充分条件;(2)
p

q
的充分条件;(3)
p
不是
q
的充分
条件;(4)
p
不是
q< br>的充分条件;
点拨:可以用两种方法判断:(一)判断命题的真假,如(4)是命题如果一条直线与一个平面平行,那么这条直线与这个平面内的任意一条直线都平行,是
假命题;
(二)由
pq
:(1)因为
(2)由
xy5
1
1< br>且
n0,
所以1n,即n1;
n
得:
y5x代入
x
2
y
2
3x7y
得:

x
2
(5x)
2
3x7(5x)10
=右边; < br>(3)观察
a
2
b
2
(ab)(ab)
,式 子的正负是由
ab

ab
两个式子的符号
确定的,不能由一个式 子
ab
的符号确定。

二、必要条件
如图1-2 电路图,当开关A闭合时,灯泡B不一定亮,但是
图1-2
A
C
B
×
当开关A不闭合时,灯泡B一定不亮;当灯泡B亮时,可以知道开关A一定是闭合的;所以要使灯泡B亮,开关A必须是闭合的,我们称开关A闭合是灯泡B亮的必要条件。
一般地,“ 若
p
,则
q
”是一个真命题,是指由
p
通过推理可以得出< br>q
,即由
p
可推出
q
,记作“
pq
”那么 ,结论
q
是条件
p
的必要条件(necessary condition)。
“若
q
,则
p
”是一个真命题,是指由< br>q
通过推理可以得出
p
,即由
q
可推出
p

记作“
qp
”,那么,就称
p

q
的必要条件( necessary condition)。
警示:由必要条件的定义可以看出,必要条 件与充分条件是一个真命题的两
种说法:①真命题的条件是充分条件,②真命题的结论是条件的必要条件 ,即如
果此结论不成立,那么条件也就不成立。
假命题的条件不是命题结论成立的充 分条件,但是有可能是必要条件,例如,
命题:“若
p

x
2
3
,则
q

x3
”是假命题,
p
不是q
的充分条件;由
qp

所以
p

q
的必要条件。
【例】已知命题“若
p

m1
,则q

x
2
xm0
无实数根”,试判断
p

q
的什么条件?
q

p
的什么条件?
解: < br>p

q
的充分条件,不是必要条件,
q

p
的必要条件,不是充分条件。
1
点拨:方法(一)方程
x
2
xm0
无实数根,所以
m
,所以当
m1
时,
4
方程
x
2
xm0
无实数根,
p

q
的充分条件,
q

p
的必要条件,又因为由
1
m
不能推出
m1
,所以由
q
不能推出
p

q
不是
p
的充分条件,
p
不是
q

4
必要条件。


方法(二)命题“
p

m1< br>,
q

x
2
xm0
无实数根”等价于“
p

m1

q

1
11
m”,因为
(,1)Ø(,)
,所以命题“若
p

m 1
,则
q

m
”为
4
44
1真命题,命题“若
q

m
,则
p

m 1
”是假命题,由命题的真假来判断充
4
分条件和必要条件。
针对性练习:
判断下列各命题中,
p

q
的什么条件?
q
p
的什么条件?
(1)
p

x0,y0

q

xy0

(2)
p

x4

q

x4

(3)
p

m2< br>,
q
:直线
(2m)xmy30
与直线
xmy3 0
互相垂直;
(4)
p

x2

x3

q

x33x

解:(1)
p

q
的充分条件,不是必要条件,
q

p
必要条件,不是充分条件;
(2)
p

q
的必要条件,不是充分条件,
q
是< br>p
充分条件,不是必要条件;
(3)
p

q
的充分 条件,不是必要条件,
q

p
必要条件,不是充分条件;
(4)< br>p

q
的必要条件,不是充分条件,
q

p
充分条件,不是必要条件;
点拨:(1)(2)根据不等式的性质可以判断;(3)(4)验证法和直接推导相
结合。

三、充要条件
利用下列电路图,我么可以形象的理解充分条件、必要条件、充要条件: 如图1-3的四个电路图甲、乙、丙、丁,开关为A,C,灯泡为B,将“开关的闭合”
作为条件, “灯泡亮”作为结论







图1-3


B
×
A
C
B
×
B
×
A
C
B
×



图乙中,开关A闭合时,灯泡B不一定亮,即由开关A闭合,不能推出灯泡< br>B亮,但是当灯泡B亮时,开关A一定是闭合的,即由灯泡B亮,一定能推知开
关A闭合,我们称 “开关A闭合”是“灯泡B亮”的必要不充分条件;
图丁中,“开关A闭合”不能推知“灯泡B亮”, 即由开关A闭合,不能推出灯泡
B亮,而当灯泡B亮时,也不能确定开关A是否闭合,即由灯泡B亮,也 不能推
知开关A闭合,所以,我们称“开关A闭合”是“灯泡B亮”的既不充分也不必要条件。
图甲,请同学们画出开关A,C,,使得当开关A闭合时,灯泡B亮,而当灯
泡B亮时,开关A不一定 闭合,即由开关A闭合,能推知灯泡B亮,由灯泡B亮,
推知开关A不一定是闭合,此时称“开关A闭合 ”是“灯泡B亮”的充分也不必要条件;
图丙,请同学们画出开关A,使得开关A闭合,则灯泡B亮; 灯泡B亮时,
开关A闭合,即“开关A闭合”是“灯泡B亮”的充分必要条件,简称为充要条件。 再如,已知
p
:数列
{a
n
}
是等差数列,
q
:对任意的
nN*
,有
a
n1
a
n
d
(常
数)。我们知道,由
pq
,且
qp
,所以p
既是
q
的充分条件,又是
q
的必要
条件;我们就称< br>p

q
的充分必要条件,简称充要条件。我们还可以发现,
q
既是
p
的充分条件,又是
p
必要条件,所以
q
也是
p
的充要条件。
一般地,如果既有
pq
,又有
qp
,就记作:
pq

此时,我们说,
p

q
的充分必要条件,简称充要条件(suffi cient and necessary
condition),显然,如果
p

q
的充要条件,那么
q
也是
p
的充要条件。
概括地说,如果
pq
,那么
p

q
互为充要条件。

引申与思考:(1)命题成立的条件一共可以分为四种条件:①充分不必要条
件,即
pq
但是
qp
;②必要不充分条件:
qp
但是pq
;③充要条件:
pq

qp
;④既不充分也不必要 的条件:即
pq

qp

(2)充要条件的意义是:p

q
的充要条件就是“有
p
,则
q
必成立; 无
p



q
必不成立”,简记为“有之必有果,无之 则无果”。
(3)判断四种条件的步骤是:第一步,分清条件是什么,结论是什么;第二
步, 尝试用条件推结论(证明充分性),再尝试用结论(作为条件)去推条件(证
明必要性)。其中列举反例 法是得出不具有充分性和必要性的重要方法。第三步,
得出条件是结论的什么条件。
(4)图甲,将两个开关A,C并联后与灯泡B串联;图丙,
【例】判断下列条件,
p

q
的什么条件?
(1)△ABC
中,M是
AB
的中点,
p

C90

q

AMBMCM

(2)
p
:若函数yax
2
bx
过原点,
q

aR,bR

(3)
p

ab

q
:直线
y x2
与圆
(xa)
2
(yb)
2
2
相切
(4)已知
a,b,c
为在同一平面内的非零向量。
p

a bac

q

bc

解:(1)(2)的
p

q
的充要条件;(3)
p

q
的充分不必要条件 ;(4)
p

q
的必要不充分条件,
点拨:(1)(2)需要判断充分性和必要性,分两步来证明。
22
a2,b2yx2
(xa)(yb)2
也相切; ( 3)当时,直线与圆
(4)需要熟练的向量知识,因为
ababcosa,b,aca ccosa,c

,baccosa,cbcosa,bccosa ,c
所以
abacabcosa

所以只要
b,c

a
上的投影相等,不一定有
bc
,例如
bc
,而ab,ac
,仍有
abac
。当
bc
时,
a ,b

a,c
相等,
bc
,所以有
abac
针对性练习:
下列命题中:
(1)△
ABC
中,< br>CDAB
,垂足为D,
p

CD
2
ADBD
q

C90


p

q
的充要条件;
(2)“
ab
”是“
a
2
b
2
”的必要条件;


(3)“
ab
”是“
ac2
bc
2
”的充要条件;
(4)“
ab
”是“< br>acbc
”的充要条件;真命题的个数是( )
A.1 B.2 C.3 D.4
解:B
点拨:命题(1)为平面几何题,(4)是不等式的性质,从 充分性和必要性两
个方面易验证。(2)掌握了不等式的性质可以判断;熟练了实数的运算结果也可以判断,例如,
21(2)
2
(1)
2
0
2
(1)
2
01
,所以是既不充分也
不 必要条件;
(3)
abac
2
bc
2
,例如,< br>c
2
0
时,有
ac
2
bc
2
 0
,反之,
ac
2
bc
2
ab
,因为由ac
2
bc
2
得:
c
2
0
,所以
c
2
0
,是必要不充分条件。

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