摘 要: 函數(shù)極限是函數(shù)微積分的重要理論基礎(chǔ),但同時(shí)也是教學(xué)的一個(gè)難點(diǎn),難在定義多,性質(zhì)多,現(xiàn)在所有版本的高等數(shù)學(xué)教材都不可能將函數(shù)極限的所有概念和性質(zhì)一一講清,學(xué)生學(xué)了以后,也往往理解不深刻,掌握得不夠好,對(duì)不同的極限概念也容易混淆。作者對(duì)函數(shù)極限教學(xué)方法進(jìn)行改革,從而讓學(xué)生在總體上掌握這部分的內(nèi)容,減少了學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中容易產(chǎn)生的模糊與混淆,讓學(xué)生更加深刻地認(rèn)識(shí)了函數(shù)極限的本質(zhì)。
關(guān)鍵詞: 高等數(shù)學(xué)教學(xué) 函數(shù)極限教學(xué) 教學(xué)改革
1.函數(shù)極限教學(xué)的難點(diǎn)所在
函數(shù)極限是討論函數(shù)y=f(x)在自變量x為如下的六種變化趨勢(shì)下,函數(shù)因變量y隨著自變量x的變化而變化的規(guī)律性.
函數(shù)自變量x的六種變化趨勢(shì)是:
1)x→x;2)x→x;3)x→x;4)x→∞;5)x→+∞;6)x→-∞。
當(dāng)x是上面六種變化情況的某一種時(shí),若函數(shù)的因變量y越來(lái)越接近于某一常量A,則我們稱當(dāng)x趨向于某個(gè)東西時(shí),f(x)以A為極限.但這是只是描述性定義,而非精確定義.此外,我們還需要考慮x趨向于某個(gè)數(shù)值時(shí),f(x)以∞,或+∞或-∞為函數(shù)極限的定義,因此,講函數(shù)極限時(shí),將有二十四個(gè)函數(shù)極限的定義,討論函數(shù)極限的概念后,我們還要講函數(shù)極限的相關(guān)性質(zhì),主要有:(1)極限的唯一性;(2)有界性;(3)保號(hào)性.關(guān)于這個(gè)方面有不少的定理.然而事實(shí)上,沒(méi)有一本教材能全部介紹相關(guān)定義并證明相關(guān)性質(zhì).而學(xué)生面對(duì)這么多的定義及相關(guān)性質(zhì)證明也往往是一頭霧水,所有這些,正是函數(shù)極限教學(xué)的難點(diǎn)所在,也是多年來(lái)高等數(shù)學(xué)教學(xué)中沒(méi)有解決的一個(gè)重要問(wèn)題.
2.函數(shù)極限教學(xué)的探索與實(shí)踐
2.1定義的改進(jìn)
用“x→w”表示x趨向于x→x;x→x;x→x;x→∞;x→+∞;x→-∞六種情形中的任意一種,簡(jiǎn)稱當(dāng)x趨向于某個(gè)東西,則函數(shù)極限的表達(dá)式可改為:f(x)=A,這里的A可取∞,或+∞或-∞,從而將二十四個(gè)極限情形統(tǒng)一到一個(gè)表達(dá)式中。當(dāng)然A為有限值時(shí),稱極限存在;A為無(wú)窮時(shí),稱極限不存在.
2.2函數(shù)極限定義的探索
2.2.1當(dāng)A為有限值,即極限存在時(shí),函數(shù)極限的定義探索.
對(duì)極限f(x)=A,我們定義為:?坌ε>0,?堝“w”的某個(gè)范圍,只要x屬于“w”的這個(gè)范圍,就有|f(x)-A|<ε成立,即f(x)∈U(A,ε),則稱x→w時(shí),f(x)以常數(shù)A為極限,記為f(x)=A.
例1.f(x)=A可定義為:?坌ε>0,?堝U(x,δ)(δ>0),當(dāng)x∈U(x,δ)時(shí),就有f(x)∈U(A,ε),則稱f(x)=A.
例2.f(x)=A可定義為:?坌ε>0,?堝(x,x+δ)(δ>0),當(dāng)x∈(x,x+δ)時(shí),就有f(x)∈U(A,ε),則稱f(x)=A.
例3.f(x)=A可定義為:?坌ε>0,?堝某個(gè)范圍(M,+∞)(M>0),當(dāng)x∈(M,+∞)時(shí),就有f(x)∈U(A,ε),則稱f(x)=A.
總之,可將所有有限極限的情況歸于一個(gè)模式列出,讓學(xué)生對(duì)照比較,找出其共性,從而加深對(duì)概念的認(rèn)識(shí)和理解.
2.2.2x→w時(shí),f(x)以無(wú)窮為極限定義的探索.
有了前面的討論,我們可給出f(x)=∞或f(x)=+∞或f(x)=-∞的定義:?坌M>0,?堝“w”的某個(gè)范圍,當(dāng)x屬于“w”的這某個(gè)范圍時(shí),f(x)屬于關(guān)于M的某個(gè)范圍,則稱x→w時(shí),f(x)以無(wú)窮為極限.
例4.f(x)=∞可定義為:?坌M>0,?堝U(x,δ)(δ>0),當(dāng)x∈U(x,δ)時(shí),有f(x)∈(-∞,-M)U(M,+∞),即|f(x)|>M.
例5.f(x)=+∞可定義為:?坌M>0,?堝M>0,當(dāng)x∈(-∞,-M)時(shí),有f(x)∈(M,+∞),即f(x)>M.
我們也可將十八個(gè)定義列出讓學(xué)生比較,并引導(dǎo)學(xué)生思考,從而掌握上述十八種定義的精髓.
3.關(guān)于極限性質(zhì)的教學(xué)改革探索
有了上述改進(jìn),關(guān)于極限性質(zhì),我們也可以根據(jù)不同情況將某一性質(zhì)放在同一地方來(lái)講.
例如講極限唯一性,證明當(dāng)f(x)為有限極限時(shí),則極限是唯一的,可分別將:f(x)=A及f(x)=A極限的唯一性放到一塊證明;
f(x)=A及f(x)=A極限的唯一性也放在一塊證明.
通過(guò)其證明過(guò)程,學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)證明的過(guò)程只是稍微改變就可以了.
在極限性質(zhì)的教學(xué)過(guò)程中都可以做類似的處理,通過(guò)分析和引導(dǎo),讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)函數(shù)極限真正的內(nèi)涵和本質(zhì).例如在局部保號(hào)性情況方面:
對(duì)f(x)=A,若A>0與f(x)=A,A>0兩種情形中:
第一個(gè)說(shuō)明在x的某個(gè)領(lǐng)域內(nèi),即x∈U(x,δ)時(shí),有f(x)>0;
第二個(gè)說(shuō)明在x足夠大時(shí),即x∈(M,+∞)(M>0)時(shí),有f(x)>0.
通過(guò)這種比較,學(xué)生會(huì)對(duì)極限的性質(zhì)有一個(gè)本質(zhì)的認(rèn)識(shí),即若A>0,只要x屬于一定的范圍,則這個(gè)范圍內(nèi)的函數(shù)值都大于零.
4.結(jié)語(yǔ)
高等數(shù)學(xué)的教學(xué)改革是當(dāng)前必須面對(duì)的一個(gè)重大課題,在中學(xué)數(shù)學(xué)課程改革的背景下,高數(shù)教學(xué)改革尤為重要.以上是我二十幾年來(lái)高等數(shù)學(xué)教學(xué)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí),通過(guò)教學(xué)實(shí)踐,收到了良好的教學(xué)效果。但改革任重道遠(yuǎn),我們還需總結(jié)經(jīng)驗(yàn),克服不足,將改革引向深入.
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