多角度分析问题 提高数学素质

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  【摘要】本文针对一道高等数学竞赛试题,分别用洛必达法则、无穷小代换、拉格朗日中值定理、导数定义等知识给出了五种解法.对于培養学生发散思维和探索思维,提高学生综合分析和解决问题能力,具有积极的促进作用.
  【关键词】洛必达法则;无穷小代换;导数定义;拉格朗日中值定理
  【基金项目】高等学校大学数学教学研究与发展中心教改项目(CMC20160405).
  一、引 言
  一题多解,即对一个问题从多角度进行分析解答,它有助于学生对所学知识进行巩固、深化和灵活应用.鼓励学生对一个问题进行多角度思考分析,将有助于学生对数学概念的理解和应用,帮助学生进一步加深数学知识、方法和思想的理解和巩固,同时也能把学到的知识、方法和思想迁移到新问题的解决中,可提高学生分析问题、解决问题的能力,利于拓展思路,激发学习兴趣,对于培养学生发散思维和探索思维,提高学生综合分析和解决问题能力,具有积极的促进作用.下面对一道高数竞赛极限试题,通过不同解题思路,得到五种解法,供学生参考.
  二、例题分析
  例 (2017年陕西省第十一次大学生高数竞赛)
  求 limx→∞xsinln1+3x-sinln1+2x.
  分析1 首先由于函数自然定义域的限制,该题目中的极限过程应为x→+∞.极限类型为∞·0型,可考虑使用洛必达法则,而洛必达法则处理的是商的极限问题.基于此,可做倒代换,有解法1.
  解法1 令t=1x,则t→0+,
  原式=limt→0+sinln(1+3t)-sinln(1+2t)t
  =limt→0+cosln(1+3t)31+3t-cosln(1+2t)21+2t
  =3-2=1.
  分析2 在上述解法倒代换后,得到了较简单的极限形式.此时,可用三角函数和差化积公式或者拉格朗日中值定理来处理,如解法2和解法3.
  解法2 令t=1x,则t→0+,
  原式=limt→0+sinln(1+3t)-sinln(1+2t)t
  =limt→0+2cosln(1+3t)+ln(1+2t)2sinln(1+3t)-ln(1+2t)2t
  =limt→0+2·1·ln(1+3t)-ln(1+2t)2t
  =limt→0+ln1+t1+2tt=limt→0+t1+2tt=1.
  解法3 令t=1x,则t→0+,
  原式=limt→0+sinln(1+3t)-sinln(1+2t)t
  =limt→0+sinln(1+3t)-sinln(1+2t)ln(1+3t)-ln(1+2t)·ln(1+3t)-ln(1+2t)t
  =limξ→0+cosξ·limt→0+ln(1+3t)-ln(1+2t)t
  =1·limt→0+ln1+t1+2tt=1.
  分析3 可用点导数定义式来解决,如解法4.
  解法4 原式=
  limx→+∞3sinln1+3x-sinln13x-limx→+∞2sinln1+2x-sinln12x
  =3(sinlnt)′|t=1-2(sinlnt)′|t=1
  =1t(coslnt)|t=1=1.
  分析4 对于该极限问题,学生首先想到的可能是无穷小代换,但注意教材上结论只适用于乘积(商)的极限中,对于和差中的因子却不能直接替换,注意到此问题后,有解法5.
  解法5 当x→0时,sinln(1+x)~ln(1+x)~x,
  原式=limx→+∞sinln1+3x1x-limx→+∞sinln1+2x1x
  =limx→+∞3x1x-limx→+∞2x1x=3-2=1.
  三、小 结
  极限概念几乎贯穿于整个高等数学的学习中,极限形式的丰富多彩决定了求极限方法的多种多样.学生可在求解极限的过程中,将思维指向不同的方向,运用过去学过的各种概念、定理、公式等数学知识多种途径、多角度地去探索,这样可加深对所学过的知识的记忆、理解与运用,提高学生的发散思维能力,更好地培养学生的数学素质.
  【参考文献】
  [1]同济大学数学系.高等数学:第6版[M].北京:高等教育出版社,2010.
  [2]樊映川,等.高等数学讲义[M].北京:高等教育出版社,1964.
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