极限思想在解题中的应用_极限思想的应用

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Email:hb_yuerf@sohu.com个人简介：岳儒芳毕业于河北师范大学中学一级教师教育硕士

极限思想在解题中的应用

河北省石家庄市第十九中学岳儒芳

数学研究的对象可以是特殊的或一般的，可以是具体的或抽象的，可以是静止的或运动的，可以是有限的或无限的，它们之间都是矛盾的对立统一．正是由于对象之间的对立统一，为我们解决这些对立统一事物提供了研究的方法．有限与无限相比，有限显得具体，无限显得抽象，对有限的研究往往先于对无限的研究，对有限个对象的研究往往有章法可循，并积累了一定的经验．而对于无限个对象的研究，却往往不知如何下手，显得经验不足．于是将对无限的研究就转化成对有限的研究，就成了解决无限问题的毕经之路．反之当积累了解决无限问题的经验之后，可以将有限问题转化成无限问题来解决．这种无限化有限，有限化无限的解决数学问题的方法就是有限与无限的思想．

在数学教学过程中，虽然开始学习的数学都是有限的数学，但其中也包含有无限的成分，只不过没有进行深入的研究．在学习有关数及其运算的过程中，对自然数、整数、有理数、实数、复数的学习都是研究有限个数的运算，但实际上各数集内元素的个数都是无限的，以上数集都是无限集．对图形的研究，知道直线和平面都是可以无限延展的．在解析几何中，还学习过抛物线的渐进线，已经开始有极限的思想体现在其中．学习了数列的极限和函数的极限之后，使中学阶段对无限的研究又上了一个新台阶，集中体现了有限和无限的数学思想．使用极限的思想解决数学问题，比较明显的是立体几何中求球的体积和表面积，采用无限分割的方法来解决．实际上先进行有限次分割，然后再求和，求极限，我们认为，这是典型的有限与无限数学思想的应用．

函数是对运动变化的动态事物的描述，体现了变量数学在研究客观事物中的重要作用．导数是对事物变化快慢的一种描述，并由此可进一步处理和解决函数的增减、极大、极小、最大、最小等实际问题，是研究客观事物变化率和最优化问题的有力工具．通过学习和考查，可以体验研究和处理不同对象所用的不同数学概念和相关理论以及变量数学的力量．

例1．函数ylog2xlogx(2x)的值域是（）

（A）(,1]（B）[3,)（C）[1,3]（D）(,1][3,)

【分析】选D．

法1:用极限的思想．∵函数定义域为{x|x

当x

120且x1}．当x时，y，∴可排除B，C； 时，y1，∴可排除A．故选D．

log2x1

log2x1法2:函数变形为y

求出．

例2．过抛物线y

p，设tlog2x,则t0，再作出“对勾”函数的图象，数形结合即可ax2(a0)的焦点F作一直线交抛物线于P、Q两点，若线段PF与FQ的长分别是 和q，则

1p1

q等于（）

2a（A）4a（B）

【分析】选A．（C）2a（D）4a

（法1）取a2（不可取a1,否则，A，D两项的值均等于4），得焦点F(0,的直线PQ∥x轴，易知p

q

14,1p1q

84

218)，过F再作特殊位置，故选A．（选择图形的某一个特殊位置，可得到相关的数

或式的特殊关系，而特殊位置图形的选择往往又与选取适当的特殊值和特殊点有关．）

（法2）用极限的思想即：画出图形，使PQ绕点F旋转，使点P与点O重合即可求出． 例3．设A1、A2是椭圆

A2P

2x

9

y



1的长轴的两个端点，P1、P2是垂直于A1A2的弦的端点，则直线A1P1与

交点的轨迹方程为（）（A）

x

9

y



1（B）

y



x

1

（C）

x



y

1

（D）

y



x

1

【分析】选C．（法1）设p1(3cos,2sin),P2(3osc

,2nis)，由椭圆得A1(3,0),

A2(3,0)，直线A1P1为y



3tan



2x2tan

2，直线A2P2为y



cot



x2cot



3(cottantan

)，∴交点M中，x



cot

3cos

2tan



,y

22tan2tan

cos2，∴（x3)

（y2)

sec

tan

1,即

x



y

1

．选C．

0

(法2)利用极限的思想即当P1P2恰是短轴的两个端点时，则两直线无交点，即说明当x曲线方程无解．结合选项可判断选C．

例4．直三棱柱ABC

BAPQC

A1B1C1的体积为V

时，所求的，P、Q分别为侧棱AA,CC上的点，且AP

A

1CQ，则四棱锥

C1的体积是（）

12V

B1

（A）（B）

3V

（C）

4V

（D）

5V

P

Q

【分析】选B．

（法1）用极限的思想，即令点P与点A1重合，点Q与C重合，则四棱锥

BAPQC

A

B

C

就变成三棱锥B

APQ，再根据等体积法VBAPQ

VPABC

即可求出．

（法2）可分别取AA,CC的中点P，Q，同时令三棱柱中所有棱长为2，很容易就可算出．

例

5、已知1分析：令x

x10，则(lgx)2,lgx2,lg(lg

1，lgx

x)的大小关系为___________．

x)0

10，则(lgx)

22，lg(lg，大小关系为

lg(lgx)(lgx)

lgx

．

例6、2005年10月15日，我国成功发射神州五号载人航天飞船，若飞船的运行轨道是以地球的中心为一个焦点的椭圆，且其近地点距离地面为m千米，远地点距地面n千米，则该飞船运行轨道的短轴长为（）[已知地球半径为R千米]

（A）

(mR)(nR)

（B）

2(mR)(nR)

（C）mn（D）2mn

分析：选B．

考虑问题的极限情形，m

而将m

n0,n0,则符合题意的椭圆表现为圆，于是轨道的短轴长表现为圆的直径2R，代入各选择分支，仅有B适合，于是正确答案只能是B．

例

7、设n为自然数，求证不等式

19125



1(2n1)



．

时，不等式右边是一个常量，而左边从k变为

许多学生会利用数学归纳法证明，但是，当证明n

k1

k1

时却在不断增大，证明难度较大．然而，把

1(2n1)

1(2n1)1（看成数列{an}，则上述不等式可转化为数列求和，

12n119125)

因此想到利用数列极限进行求解．因为

12(1

131315

12n1



12n1)



22n1，所以有下式：



1(2n1)

1912



125lim



1(2n1)

，两边同时取极限，则

lim[

n

]

2n2n1



．

n

在上例中，将不等式的项与数列相联系，用极限求和的方法为解决不等式证明问题拓宽了思路，简便了计算过程．另外，极限思想与特殊化原则的结合，可对某些较复杂的问题极端化处理，使解题过程化难为易．因此，教师应该在课堂教学中帮助学生归纳和总结极限思想在解题中的运用，但不能把对极限的运用局限在解微积分的题目中，应该认识到，通过极限思想，能有效地将数学各部分内容系统地联系起来，有利于学生从整体上把握数学的本质．

高考中对有限与无限的考查才刚刚起步，并且往往是在考查其他数学思想和方法的过程中同时考查有限与无限的思想．例如，在使用由特殊到一般的归纳思想时，含有有限与无限的思想；在使用数学归纳法证明时，解决的是无限的问题，体现的是有限与无限的思想，等等．随着高中课程的改革，对新增内容的考查在逐步深入，必将加强对有限与无限思想的考查，设计出重点体现有限与无限思想的新颖试题．