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高等數(shù)學(xué)知識(shí)在初等數(shù)學(xué)中的應(yīng)用

2012-12-31 00:00:00鄭先達(dá)
考試周刊 2012年67期


  高等數(shù)學(xué)知識(shí)在初等數(shù)學(xué)問(wèn)題中的應(yīng)用具有起點(diǎn)高、落點(diǎn)低、背景新、方法活和能力要求高的特點(diǎn).但解決的知識(shí)是中學(xué)所學(xué)習(xí)的初等數(shù)學(xué)知識(shí),它對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)語(yǔ)言信息的閱讀、收集、理解、轉(zhuǎn)化、表述、探究和調(diào)控能力要求較高,是考查數(shù)學(xué)創(chuàng)新能力的有效手段,是模式化訓(xùn)練“題海戰(zhàn)術(shù)”所達(dá)不到的.此類(lèi)問(wèn)題對(duì)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題有很大的幫助.下面,筆者就對(duì)此類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行歸類(lèi)、例析,以期廣大專(zhuān)家、同行對(duì)此類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行更深入的研究.
  一、知識(shí)背景的應(yīng)用
  例1:已知函數(shù),當(dāng)f(x)=tanx,x∈(0,),x,x∈(0,),且x≠x,證明[f(x)+f(x)]>f().
  分析:本題是以高等數(shù)學(xué)中的函數(shù)凹凸性為知識(shí)背景,以三角函數(shù)為知識(shí)載體,通過(guò)對(duì)正切函數(shù)和不等式的引入,使函數(shù)的凹凸性的性質(zhì)得以充分體現(xiàn).
  證明:因?yàn)閤,x∈(0,),x≠x,所以2sin(x+x)>0,cosxcosx>0,
  且0  由此得tanx+tanx>,即>tan(),
  所以[f(x)+f(x)]>().
  例2:設(shè)a>0,實(shí)數(shù)x,y,z滿(mǎn)足x+y+z=a,x+y+z=.求證0≤x,y,z≤.
  分析:本題的知識(shí)背景是高等數(shù)學(xué)中的空間解析幾何問(wèn)題,x+y+z=a表示過(guò)三點(diǎn)(0,0,a),(0,a,0),(a,0,0)的平面,x+y+z=表示與坐標(biāo)原點(diǎn)距離為的點(diǎn)(x,y,z)應(yīng)滿(mǎn)足的條件,即以O(shè)為圓心,為半徑的球.如把已知方程中的z視為已知數(shù),將其分別看成平面直角坐標(biāo)系中的直線(xiàn)和圓,構(gòu)造一個(gè)直線(xiàn)和圓有公共點(diǎn)得圖形,初等方法就可以解決了.
  證明:將已知兩方程分別化簡(jiǎn)為x+y=a-z,x+y=-z.因?yàn)榇藘墒酵瑫r(shí)成立,所以在平面直角坐標(biāo)系中,直線(xiàn)x+y=a-z和圓x+y=-z有公共點(diǎn)(即相交或相切),于是圓心(0,0)到直線(xiàn)x+y=a-z的距離不超過(guò)半徑即≤,將該式化簡(jiǎn)得3z-2az≤0,即z(3z-2a)≤0,解得0≤z≤.
  同理可證0≤x≤,0≤y≤,所以0≤x,y,z≤.
  二、語(yǔ)言敘述的應(yīng)用
  例3:設(shè)絕對(duì)值小于1的全體實(shí)數(shù)的集合為S.在S中定義一種運(yùn)算*,使得a*b=.
 ?。?)證明:若a,b∈S,則a*b∈S;
  (2)證明:結(jié)合律(a*b)*c=a*(b*c)成立.
  分析:本題是以高等數(shù)學(xué)語(yǔ)言習(xí)慣定義一種新運(yùn)算,并將集合語(yǔ)言融入,來(lái)讓學(xué)生證明結(jié)合率,使得問(wèn)題變得新穎,有創(chuàng)意,能力要求較高.
  解:(1)要證明,若a,b∈S,則a*b∈S,即證明:當(dāng)-1  (2)兩次用條件中的公式a*b=分別得:
 ?。╝*b)*c=*c==
  a*(b*c)=a*==
  所以有(a*b)*c=a*(b*c).
  三、推理方法的應(yīng)用
  例4:在平面幾何里,有勾股定理:“設(shè)△ABC的兩邊AB,AC互相垂直,則AB+AC=BC.”拓展到空間,類(lèi)比平面幾何的勾股定理,研究三棱錐的側(cè)面面積與底面面積間的關(guān)系,可以得出的正確結(jié)論是:“設(shè)三棱錐A-BCD的三個(gè)側(cè)面ABC、ACD、ADB兩兩相互垂直,則?搖?搖?搖 ?搖.”
  分析:此題主要是考查對(duì)勾股定理的實(shí)質(zhì)性類(lèi)比,類(lèi)比是高等數(shù)學(xué)中最為基本的推理方法,從類(lèi)比推理的方法和規(guī)律來(lái)看,應(yīng)將由線(xiàn)段長(zhǎng)度到三角形面積的升維類(lèi)比,過(guò)渡到由指數(shù)的二次向指數(shù)的三次轉(zhuǎn)變,可得結(jié)論是S+S+S = S,但恰恰相反,此結(jié)果是錯(cuò)誤的.特別的,直三棱錐A-BCD的三條直棱AB、AC、AD的長(zhǎng)度均為1,顯然有S=S=S=,S=,而()+()+()≠(),但()+()+()=(),所以有S+S+S = S.對(duì)于得到S+S+S=S這個(gè)結(jié)果的學(xué)生來(lái)說(shuō),不是因?yàn)樗麄兊念?lèi)比推理能力差,而是其在推理過(guò)程中缺少檢驗(yàn)和修正的環(huán)

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