极限思想在初等数学中的应用

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  【摘要】本文从教材内容、习题解答两方面论述了极限思想在初等数学中的应用,从而得到加强极限思想在学习实践中的应用具有重要的意义.
  【关键词】极限思想;教材内容;习题解答;应用
  极限是微积分学的奠基概念之一,微积分中很多概念如导数、定积分等都是由极限来定义的,另外通过极限概念的学习还要掌握、应用极限思想.用极限的思想方法分析问题、解决问题时,先构造一个与未知量有关的变量,确认这个变量通过无限过程的结果就是所求的未知量,最后用极限计算求出未知量.人教版教材中没有给出极限的严格定义,但无论是教材内容还是习题解答都大量地应用着极限思想.
  一、在教材中的应用
  人教版教材内容没有按逻辑关系先学习极限,而是跳过了难理解的极限概念,直接用极限思想给出了导数、定积分的定义.至于导数,教材是通过讨论气球膨胀、切线斜率等归纳引入定义的.在定义中把符号“lim”作为瞬间变化率的记法来处理的,并称它为极限.虽然没用极限来定义导数,但整个导数定义都蕴含着极限思想.以求切线斜率为例:为了求函数y=f(x)图像上在点(x0,f(x0))处切线斜率这一未知量,先找到割线斜率Δy[]Δx,当Δx无限趋近于0时,割线斜率Δy[]Δx就趋近于切线斜率.用数学语言表达为:limΔx→0Δy[]Δx=limΔx→0
  个小区间上任取的一点.
  二、习题解答中的应用
  解答中学数学一些难度较大的习题时也可以借助极限思想,达到事半功倍的效果.下面就函数、解析几何、不等式证明、数列、立体几何五方面来说明极限思想在解题中的应用.
  1.在函数中的应用
  在处理有关函数问题时,应用极限思想,通过考查取值范围内的极端值,可以简化题目,排除错误选项,得到正确答案.
  例1 已知0  A.loga(xy)<0 B.0  C.12
  分析 当
  x→a时,则y→a,此时xy→a2,从而
  loga(xy)→2,所以排除A和B.当y→0时,则x→0,此时
  xy→0,又因为0  2.在解析几何中的应用
  在解析几何中,应用极限思想对条件的某种极限状况进行分析,再将问题从极限状况转化到一般情况,使复杂问题变得简单了.
  例2 椭圆x2[]169 y2[]25=1的焦点为F1,F2,点P为椭圆上一动点,当∠F1PF2为钝角时,点P的横坐标的取值范围是.
  分析 当P无限趋近于长轴端点时,∠F1PF2→0,当P点从长轴端点向短轴端点移动时,∠F1PF2越来越大.已知∠F1PF2可以为钝角,故一定有一个P0点,∠F1P0F2=π[]2,P越过P0点后,∠F1PF2为钝角,问题就转化为求P0点的横坐标.设P0(x0,y0),因为∠F1P0F2=π[]2,得
  |P0F21| |P0F22|=|F1F2|,即169 144[]169x20=2×144,解得x0=±13[]12199,故填-13[]12199  3.在不等式证明中的应用
  在有些不等式证明中,若用极限思想,问题会迎刃而解.
  例3 在区间(0,1)上任取x,y,z,求证1[]1-x6 1[]1-y6 1[]1-z6≥3[]1-x2y2z2.
  分析 用无穷递缩等比数列的求和公式,即利用极限思想把不等式左边化为
  1 x6 x12 x18 … 1 y6 y12 y18 … 1 z6 z12 z18 …=3 (x6 y6 z6) (x12 y12 z12) (x18 y18 z18) …≥3 3x2y2z2 3x4y4z4 3x6y6z6 …=3(1 x2y2z2 x4y4z4 x6y6z6 …)=3[]1-x2y2z2.得证.
  4.在数列中的应用
  在解答数列题时,利用极限思想,考查项数无限增大时数列的特点,可以从整体上认识数列,从而简化数列问题.
  例4 已知数列{xn}中,a1=2,对于任意正整数n,总有an 1=an[]an-3,是否存在实数a,b,使得an=a-b-1[]2n对于任意正整数n恒成立?若存在,给出证明;若不存在,说明理由.
  分析 若这样的a,b存在,应用极限思想:由an=a-b-1[]2n,当n→ ∞时,an→a;再由an 1=an[]an-3,当n→ ∞时,得a=a[]a-3,解得a=0或a=4.
  若a=0,则数列{xn}是以2为首项,以-1[]2为公比的等比数列,从而a1=2,a2=-1,这与an 1=an[]an-3相矛盾,应舍去.
  若a=4,将a1=2代入an=4-b-1[]2n,得到b=-4,所以an=4 4-1[]2n,得a2=5,这与an 1=an[]an-3相矛盾,应舍去.综上所述,这样的实数a、b不存在.
  5.在立体几何中的应用
  在立体几何中,应用极限思想对位置极限状况进行分析,往往能得到问题的结论,使复杂问题变得简单了.
  例5 正三棱锥相邻两侧面所成的角为α,则α的取值范围为.
  A.0,π[]2
  B.0,π[]3
  C.π[]3,π[]2
  D.π[]3,π
  分析 设正三棱锥P-ABC,PO是过底面正三角形ABC中心且垂直于底面的垂线段.当PO→0时,相邻两侧面夹角趋近于π;当PO→ ∞时,正三棱锥无限趋近于正三棱柱,相邻两侧面夹角趋近于π[]3,故选D.
  在初等数学的学习中,要以教材内容为载体,理解、掌握极限思想,提高思维层次和数学素养.同时在解各类数学题时,有意识地应用极限思想解答,逐步提高利用极限思想分析问题、解决问题的能力,为高等数学的学习做好思维准备.
  【参考文献】
  [1]高中导数概念教学要引入极限吗[J].科教文汇,2015,7(上):104-106.
  [2]探讨极限思想在高中数学客观题中的实施要点[J].数理化学习,2015,(5):50.
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