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极限思维在数学解题中的应用

时间:2022-03-04 10:18:08 浏览次数:

【摘 要】极限思维在数学中具有至关重要的地位,自从公元3世纪刘徽割圆术的创立,为极限思维的应用奠定了基础。通过极限思维,学生能在近似中认识精确,在有限中认识无限,在量变中认识质变。学会应用极限思维,会使高中数学学习达到事半功倍的效果。

【关键词】数学;极限思维;解题

一、极限思维概述

1.极限思维的内涵

极限思维是以极限概念为基础,充分利用极限理论这一工具,分析研究数学的函数。从本质上来说,极限思维就是充分利用极限概念解决数学问题的方式,通过这一方式的运用能有效降低解题难度、简化解题步骤。极限思维在数学解题中的应用重点在于:假设一个与被考察量有密切关系的变量,确定变量无限过程的结果就是要求的未知量,并最终通过极限算法得出相应的结合。极限思维始终存在于数学分析的全过程中,换句话说,数学分析与极限思维密切相关,两者密不可分。极限思维是现代数学解题的重要思想,现存的数学分析著作均以极限思维、函数为基础,然后提出导数、定积分、连续函数、多元函数等概念,可见极限思维在数学解题中至关重要。

2.极限思维在数学解题中的作用

极限思维在数学解题中的作用显著,主要表现在如下方面:①在极限思维的帮助下,学生能够透过问题的表面看到问题的本质、搜寻解题关键,有效简化解题步骤。例如,在不等式求解中,通过极限思维确定不等式变量的取值范围,就可直接找到解题捷径,大幅度简化解题步骤、降低题目难度。在极限思维的帮助下,难度较高的数学题目变得简单、易解。②在极限思维的帮助下,能活化我们的解题思路,进而为解答数学题目提供更多方法。例如,在立体几何题目中,可充分利用变化运动中的最近思维、最远思维、最大思维、最小思维等,准确找到问题解决关键点,全面提升解题灵活性。

二、极限思维在数学解题中的应用

在解高中数学客观题目时,极限思维的应用主要集中在几何、概念思维、数列等方面,具体应用如下:

1.在数列题中的应用

在高中数学学习中,数列部分一直是学习的难点,也是高考的重点。极限思维在数列题目解题中的应用,能帮助我们迅速找到问题解决方法,为题目解决提供灵活思路。极限思维是现阶段常用的数学分析工具,是数列解题中的重要思维方式。例如,

已知数列{an}的前n项之和为Sn=1+tan(t≠0,t≠1,n∈N)。

(1)求证,数列{an}是等比数列。

(2)若Sn=1,求t的取值范围。

题目解答思路:从“{an}的前n项之和为Sn=1+tan(t≠0,t≠1,n∈N)”来看,Sn和an的关系为an=Sn-Sn-1(n≥2),得出数列递推公式。分析a是否为零,然后求出数列的通项公式。在解答第二题时,利用极限的值和(1)中的结果,代入Sn,得出关于n的式子,最后得出n的值。

解:(1)n=1时,s1=1+ta1,(1-t)a1=1

∵t≠1,∴a1=

在n≥2时,

an=Sn-Sn-1

=(1+tan)-(1-tan-1)

=an-1

∴数列{an}是等比数列。

∵Sn=1

∴公比0≠|q|<1→0≠||<1,|t|<|t-1|→t<

∴t的取值范围是(-∞,0)∪(0,)

2.在几何题中的应用

极限思维是微积分、积分类数学知识中的重要分析工具,在极限思维的帮助下,可有效描述微积分中的变量变化趋势。对变量变化过程的无限变量进行分析,本质上就是极限思维运用的具体体现。极限思维在数学几何题目中无处不在,起到了承上启下的重要作用,能为将来高等数学的学习奠定基础。

3.在数学概念中的应用

在数学客观题解题过程中,充分利用极限思维,一方面能帮助学生顺利解决相关题目,另一方面能全面提升学生的自主学习能力、创新能力,指导学生将实际数学题目与数学应用价值相联系,并形成建立解题模型的能力。简言之,在极限思维的帮助下,可充分利用概念、原理等数学工具,指导学生掌握解决问题的具体方法。

例如分段函数这个概念,首先要明白:一个分段函数要在定义域内单调,需包括两方面内容:一个是区间单调,一个是端点单调。讨论这一问题要从两个角度来考虑:一个是分段,一个是整体。简单来说就是:函數f(x)在区间(a,b)和(c,d)单调递增,其中c≥b,那么f(x)在(a,b)∪(c,d)上单调递增的条件是:将c代入(c,d)所对于的解析式求得一值m,再将b代入(a,b)所对应的函数解析式求得一值n,那么n≥m。

以例题来详细说明以上概念

bx   x

已知f(x)={ X-b  x≥a (a,b∈R,b≠0)

问,a,b在什么情况下能使f(x)在定义域上单调?

解答思路:首先我们确定,由于x≥a时函数为单调递增,所以f(x)只能是单调递增。要在定义域上单调递增,就包括两个方面——首先函数在x<a时单调,那么就要求b>0,然后必须满足端点单调,即:将端点a代入x-b得到的值a-b,要比将a代入bx得到的值ab大或者相等,即a-b≥ab,加上b>0,就是a和b必须满足的条件。

这道题本身是没有什么难度的,我们要从中看到的是这里面涉及的极限思想:当x<a时的解析式bx严格来说是不能带a的,因为这个解析式只适合于x<a的自变量。而这里这样做,如果非要说个原因的话,那必须涉及极限思想:那就是要求函数f(x)在x=a右端的极限值要比左端的极限值大或者相等,由于高中阶段接触的函数都是初等函数,所以直接把端点值代入即可。如果我们代入端点值时发现出现分母为零、偶次根号下为负数等无意义的情况,那就直接可以说明此函数在此端点不单调。

三、学生极限思维的培养

教师在授课中,应着重强调以下几点:①要加深对各种概念与公理的理解,从抽象、逻辑上理解,而不能流于直观化、表面化(这正是大多数学生的问题所在);②让学生学会对概念与公理的运用,将其融入潜意识,形成本能。一切问题都回归到基本的概念与公理,并从概念与公理出发进行逻辑推导,能使学生深刻理解问题本质,培养其从基本假设出发建立理论体系的能力。同时,思维方式也很重要,极限思维要求学生打破常规,从极端的例子出发来验证、求取答案,可以说,基本概念是基础,而思维的灵活性则是培养极限思维的关键;③强化思维训练,加强思维的灵活与开阔,打破僵化的思维模式。让学生多思考、分析趣题、难题,并向学生展示思考过程;④分析学生的心理,进入他们的精神世界,与之融为一体,利用自己强大的精神力量清除学生心理方面的不良影响,比如,急躁、马虎、自卑等等。很多学生,之所以成绩上不去,并不是知识的理解问题,更多的是心理问题。

四、结语

综上所述,极限思想是高中数学学习中的重要理论,在解题和学习中运用极限思想能够有效简化解题步骤,提高解题速度,降低题目难度。本文以极限思维的概述为切入点,从数列题、几何题、数学概念三方面,详细论述了极限思维在数学解题中的应用,多角度入手,旨在对高中学生数学解题有所裨益。

参考文献:

[1]乔天鸿.高中数学解题中的极限思维探讨[J].中学生数理化:学研版,2016(9).

[2]李剑乔.极限思想在数学解题中的应用[J].高考:综合版,2014(11).

[3]黄成兴.浅谈极限思想在高中数学解题中的运用[J].课程教材教学研究:教育研究,2015(3).

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