关于导数及其教学研究毕业论文.doc
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1、四 川 广 播 电 视 大 学毕 业 设 计(论 文)说 明 书题 目 关于导数及其教学研究 学 生 系 别 数学系 专 业 班 级 数学与应用数学 学 号 20081510270287 指 导 教 师 摘要函数导数概念是数学分析中的基本概念,是近代数学的重要内容,随着新课程改革的不断推行这部分内容已被纳入了中学数学教材中,给中学生的学习无疑增加困难,同时也为中学教师的教学带来了一定的难度。然而作为一种重要的数学工具,导数与其它知识有着密切联系,更好的体现了知识点之间的整合,因此导数的引入不应该成为中学中教与学的一种负担。为了更好的实现教与学,本文首先从导数的产生背景对导数产生的时间和地点以及
2、牛顿和莱布尼茨等对导数创立的过程和贡献等方面做了介绍;再从导数的定义、导数的几何意义和其与数学其它知识(极限、连续、可微等)的联系等基础知识进行了讲解和研究;最后重点从导数在求切线、方程的根、解不等式、向量问题、数列以及优化问题等方面对它的教学和应用进行了探索,重点强调导数的使用价值和文化价值。 关键词:微积分、连续、极限、导数、ABSTRACTThe functional derivation is basic conception of the mathematical analysis. It is also the most important part of the modern m
3、athematics .With the revolution of the new curriculum reforms,the part of functional derivation has been introduced into context of the middle school. However, it is no doubt that it brings some difficulties to the middle students,of course, and also adds some difficulties to teaching. Whereas, as a
4、n important tool of mathematics, derivation is related to many other parts of mathematics, and embodies the conformities between other parts in mathematics. So we assure that it shouldnt become a loan for teaching and studying. In order to realize the teaching and studying, this article firstly intr
5、oduces and discusses some aspects of derivation, mainly from the background, definition and the meanings of geometry. Then, we mainly make the exploration on tangent , the analytic geometry , function monotony 、the extreme value,the equation root,the inequality,the vector and optimized question.Keyw
6、ord: The conformity; the new curriculum reform; calculus;derivation differential;limit; continuity目 录前 言 第一章 函数导数产生的背景 11.1导数思想的萌芽 11.2 牛顿和莱布尼茨创立导数 2第二章 导数的教学研究 32.1 函数的连续性 32.2 认真讲好两个引例 32.3 重视导数的定义 42.4 理解导数的几何意义 42.5 导数与其他知识的整合 52.6 函数y=f(x)的极值点一定是导数为0的点吗? 6第三章 导数的教学设计(导数法则) 8第四章 导数的应用 104.1 导数定义
7、的理解和利用 104.2 利用导数求切线方程 114.3 导数与方程根的问题 114.4导数与不等式的综合 124.5 导数与向量的问题 134.6 导数与数列问题 134.7 导数与优化问题 15结束语 17参考文献 18致谢 19附件1 20附件2 21前言导数属于高等数学微积分中的内容, 产生于十七世纪的欧洲,在清末开始传入我国,是理工科高等学校必修内容之一。为了普及数学文化,提高数学素质,新的课程改革将其纳入了高级中学数学学科的学习范畴。 它的加入使函数和不等式等方面的许多知识得到了更好的解释和更紧密的联接,使人们用数学知识来解决实际问题的能力和方法得到了丰富,而且还极大的发展了人们的
8、辩证思维能力和文化价值。这部分内容在引入起初曾受到了人们的广泛疑议。就其原因,一方面是因为这部分内容对中学生的学习相对来说是有很大困难的。原本是高等学校开设的内容,纳入中学教材中很难让学生了解导数的整个知识体系,再加上导数的本质就是再处理极限问题,因此要想弄清楚导数就必须搞清极限理论。另一方面,这一部分内容对于中学教师来说也是相对陌生的,为其教学带来了挑战。如何传授给学生,如何让学生掌握其精髓,如何达到预定的教学目标等等问题的研究都还需从零开始。本文试图从函数导数的产生背景、导数的定义、导数的几何意义等方面对导数及其教学进行介绍和研究,最后再从导数与切线、方程的根、不等式的综合、向量的结合、恒
9、成立问题、数列以及优化问题等方面的应用进行了探索,目的在于为中学教与学提供一定的思路。第一章 函数导数的产生背景1.1 导数思想的萌芽导数作为微积分的重要部分产生于17世纪下半叶的英国1。它是一种撼人心灵的智力奋斗的结晶,是继欧式几何之后数学史上第二个里程碑,它的产生改变了世界,将人类从一个静态的世界带入了动态的世界。任何事物的产生都是为了满足生产生活的需要,导数同样如此。在当时人们主要是为解决一些如速度、斜率、面积和最值等问题以及如何在军事上使得炮弹打的最远等问题而产生。从古至今有上百的数学家对它进行研究,最早的有毕达哥拉斯2(约公元前560前480)就做出了“穷尽法”的贡献,可以说这是导数
10、思想的萌芽,后来接着有安帝、平巴罗和中国的刘徽等数学家都对导数思想进行了研究。1.2 牛顿和莱布尼茨创立导数导数的产生最具影响力和成就性的只有牛顿(Newton)和莱布尼茨(Leibniz),通过他们的努力而建立起了微积分学的基础。1736年Newton流数法和无穷级数1(写于1671年)的发表开启了历史的新纪元,以无限和变量的观点解决了上面的一些问题,从而掀起了人们对待世界的新看法。也就是由于Newton微积分的建立给人们的思想和对世界的认识带来了空前的冲击和改变,而又因为数学家们在一段时间内无法对其给出一个严格而正确的定义,从而遭到了当时许多科学家和教派的严厉反对和讽刺。最突出的有以贝克来
11、为中心的教派唯心论者,他嘲笑Newton的“无穷小”为“消失量的灵魂”,而导致了历史上的第二次数学危机。Newton在流数法和无穷级数中指出变量是由点、线、面的连续运动产生的,称变量为流(),变量的变化率为流数(),即导数,流数的流为。在此时Newton虽对导数有了深刻和正确的理解,但并没有给出其严格的定义。尽管后来DAlember2看出了Newton在本质上具有正确的导数概念,但却因受直观的束缚没有建立在变量的基础上而没能继续前进。而真正站在变量的基础上给出导数定义的第一人是Bolzano1,他把的导数定义为经由负值和正值趋于0时,比值无限接近地趋向的量(并且说明了不是两个消失了的量比,而是
12、一个比值所趋近0的一个数)。 后来他又在Cauchy的研究基础上通过把定义为任何一有限量和把定义为的方式定义了导数,从而把Newton导数和Leibniz的微分统一了起来,微分也通过导数也就有了意义,使得导数的定义得到了完善和扩展。Newton和 Leibniz都成为了历史的巨人,而微积分(导数)更成为了人类永远的光辉。第一章中简单的介绍了函数导数的产生背景,显然导数的产生是实际需要的产物,它的产生为人类文明的发展作出了重要贡献。第二章 导数的教学研究导数是中学数学新课程改革实施以来新增内容之一,其目的是在中学数学中深入微积分的思想方法。在中学阶段学习导数可以完善人们的知识系统,创新学习方法,
13、加快解决如切线、速度、加速度、面积、体积、最值、边际成本(利润)等方面的问题,逐步认识和体会到现代数学的应用价值和科学价值。可以培养人们的动态思维, 正确的理解有限和无限,近似和准确,直与曲等的对立统一,加强思维的开阔和发展。 导数作为高等数学中微积分的一部分定义是精确的,严谨的,抽象的,其展开的方式是公理化基础上的逻辑演绎形式,在教学上主要由原理到例子的同化方式和证明的形式进行学习。根据普通高中数学课程标准9,在导数的学习中主要考查内容有:(1) 导数的定义和几何意义 (2) 导数的运算 (3) 导数在研究函数中的应用(单调性,极值) (4) 生产生活中的优化问题。针对普通高中数学课程标准的
14、要求,在教学中我们想做如下的一些研究和讨论。2.1 函数的连续性 导数是极限的继续,在讲导数之前我们应该认真复习函数在某点的连续的概念:如果,(或者)则称在处连续。这里虽然看是两个定义,但却是异曲同工,并且它与导数有着密切的联系,对它们的理解将对导数定义的理解起到很大的帮助作用 。2.2 认真讲好两个引例 导数概念在微积分中是最重要、最基本且含义深刻的, 在大多数的教材中都采用了通过典型实例(一般23个)来引入,且大多数多引用了牛顿和莱布尼茨的“瞬时速度”和“切线斜率”。他们在教材与教学中有着非常重要的意义 ,通过它们使学生进行比较、分析从而抽象出其实际意义,掌握好导数的概念。2.3 重视导数
15、的定义 在讲解了两个实例后,再将其定义抽象出来学生就不难接受。函数在点处的导数为的定义:如果存在,则称函数在点处可导,极限值记为在理解此定义时要注意的是折射两个变量的比值,在理解了导数的定义外更应该强调的如何利用导数的定义求函数的导数,它的一般步骤是:1.求或;2.求或);3.取极限求得导数或.下面举例来说明: 例1 设在点处可导,则 ( ) A. B. C. D. 2 设在点处可导,则 ( ) A. B. C. D. 2.4 理解导数的几何意义 导数的几何意义就是莱布尼茨的“切线斜率”, 要理解导数的几何意义可以从以下几个方面入手:2.4.1 导数与切线存在的关系根据导数的定义可知,若存在,
16、则其就是切线的斜率,切线自然存在;但若不存在呢?那就又分两种情况,若,则此时切线是存在的,只不过是垂直于轴的直线;若,则此时切线就不存在。以上关系微妙但却重要,应改充分区分和理解。2.4.2 导数与切线交点问题 在中学教材曾有过“当直线与曲线有且只要有一个公共点时,且整条曲线在直线的一侧时,此切线就是该曲线的切线”的说法,但这仅仅是对圆等比较特殊曲线的一类情况。实际上也存在着如在处的切线为(即轴)曲线分布在轴的两侧和两条都是函数()的切线这样一类的曲线。它们在某点处的切线除了切点外可能还有其它的公共点,这一类函数在日常的学习和生活中其实很常见只不过在以前我们无法解释回避了而已。所以,只有让学生
17、正确理解了导数和切线的概念才能掌握好这方面的知识,从而在应用中有条有理,头脑清晰。2.4.3 求过某点的切线问题 关于切线的问题很常见,导数的引入为解决过某点的切线问题带来了方便,我们就对其“过的某点是否在曲线上”分别进行研究: 若点在曲线上,说明这点既在曲线上也在所求的切线上。由“点斜式”的求切线的方法,则其切线方程就应该为:当0,法线方程就为: 2.若点不在曲线上,这种情况就要复杂一些。首先我们要找到曲线与切线的连接桥梁,也就是设出曲线与所求直线的公共点切点(,),使其分离的两个事物联系起来。这样子,我们就从不熟悉的环境中回到了上面我们所讲的情况中(知道了切点和斜率),从而我们就可以列出此
18、时的切线方程。 从上面看出“过某点求切线方程”还是有一定难度的,充分体现了代数与几何相结合的思想。2.5 导数与其它知识的整合导数,作为重要的数学工具与极限、连续、微分、极值、切线等方面有着密切的联系。前面已经讲解与切线的关系,下面就对它与其他知识的几种关系进行研究:2.5.1 导数与极限 从导数的发展历程上看Newton借助了物理直观的方式引入导数概念,经过了变量“瞬”的无限小增量而获得变化率法和流术法,最初与最后比,和对无穷小量的否定方法的三个阶段而得到了导数。显然其间借助了极限及其思想。如果没有极限,那么导数的定义是难以理解和应用的。极限,它贯穿着整个高等数学,展现了导数的动态观念和动态
19、美。虽然极限一直是数学教学中的一个难点,但可想而知,如果没有极限,那么函数的连续、微分等知识就无法从本质讲起,学生将会产生许多疑问,面对知识会束手无策。从而有可能将极限的教学困难转移到对导数的理解上来,治标不治本,使学生感到知识的行而上学和孤立,所以在学习导数之前很有必要学好极限。2.5.2 连续与可导 人们已经知道何为充分和必要条件,那么导数与连续性在此又会是怎么样的关系呢?从函数在处连续的定义和必要的条件易知,函数在处可导则一定连续,那么函数在处连续时可导吗?看下面例子: 由函数的连续性和函数的有界性可知:()=, 所以此函数在点处是连续的。但()在处时所以,在处连续而不可导,上面关系应是
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