当前位置: 首页 >> 幻灯, 数学知识 >> 文章正文

数学思维中的极限思想(摘录)

数学思维中的极限思想(摘录)

我们知道,在小学数学里有些问题不是通过初等数学的方法解决的,如圆的面积,无法直接按照求长方形面积的方法来计算,无法直接按照求长方形面积的方法来计算。王永春(课程教材研究所)

 我国古代数学家刘徽为了计算圆的面积和圆周率,曾经创立了”割圆术”,具体做法是:先作圆的内接正六边形,再作内接正十二边形……随着边数的不断增加,正多边形越来越接近于圆,那么它的面积和周长也越来越接近于圆的面积和周长。刘徽在描述这种做法时说”割之弥细,所失弥少,割之又割,以至不可割,则与圆周合体而无所失矣”。也就是说,随着正多边形的边数无限增加,圆内接正多边形就转化为圆,这种思想就是极限思想,即用无限逼近的方式来研究数量的变化趋势的思想。

割圆术

  极限思想在小学数学中的应用和渗透,主要体现在以下几点。

  (1)在数的认识中体会有限与无限的思想。小学生从一年级开始就认识自然数0、1、2、3、…同时知道每个自然数加1就等于它的后继数。到了认识亿以内的数时,进一步知道了最小自然数是0,没有最大的自然数,自然数的个数是无限的。也就是说,任意给定一个足够大的自然数N,只需要把它加1就会得到一个更大的自然数N+1,N+1>N,所以总是找不到一个最大的自然数,从而体会到自然数数列的无限多和趋向无穷大。由此可以推广到奇数、偶数、一个数的倍数、两个数的公倍数等都没有最大的,都有无限多个。在学习分数的基本性质时,学生知道分母不同、分数值相等的分数有无限多个。在学习小数时,首先认识的是有限小数,然后认识无限循环小数,还知道圆周率是无限不循环小数。

  (2)在数的计算中体会极限思想。小学数学学习的数的计算一般都是经过有限的几步计算就可以解决的问题,另外,作为知识的拓展,可适当介绍一些无限多个数相加的问题,如在数形结合思想中曾经介绍了无穷多个分数相加的问题,本文不再赘述。我国古代思想家庄子曾说过”一尺之棰,日取其半,万世不竭”这句话可用下面的数学语言来描述”长度为单位1的线段,第一天取走全长的一半,以后每天取走剩下的一半,永远有剩余”,用无穷等比递缩数列的和来表示取走的长度,就是数形结合思想中的案例。另外,循环小数化分数的问题,也可以利用极限思想和数形结合思想来计算。

  (3)在认识图形时渗透无限的思想。与自然数列的趋向无穷大类似,有些图形也具有无限长的特性,如直线、射线、角的边、平行线等,都具有无限延伸的特性,可以渗透无限的思想。

  (4)在圆的面积、圆柱的体积的计算中渗透极限思想。

圆的面积公式推导

  如上所述,在小学数学中圆的面积不能像求长方形的面积那样直接利用公式计算,圆柱的体积不能像长方体那样直接利用公式计算,利用极限思想可以解决这些问题。如计算圆的面积时,先把圆平均分成若干等份,拼成近似的长方形,但它还不是长方形,仍然无法直接按照求长方形面积的方法来求;因为把一个圆不论进行怎样细小的有限次的分割拼补,都无法真正拼成一个长方形;这时只有借助极限思想,把圆分割的越细小所拼成的图形就越接近于长方形,可以这样无限地分下去,拼成的图形面积就越趋向于长方形的面积,最后通过取极限来得到它的面积,这是极限思想在小学数学中最完美的体现。也就是说,极限思想是这样操作的理论基础和计算精确性的保证。

  极限的概念是抽象的、辩证的,在教学中应注意下面的问题。

  对有关极限的一些概念、教学要求和解题方法应准确把握。极限思想是用无限逼近的方式来研究数量的变化趋势的思想,这里要抓住两个关键语句:一个是变化的量是无穷多个,另一个是无限变化的量趋向于一个确定的常数,二者缺一不可。如自然数列是无限的,但是它趋向于无穷大,不趋向于一个确定的常数,因而自然数列没有极限。在教学中一方面要让学生体会无限,更重要的是通过具体案例让学生体会无限变化的量趋向于一个确定的常数。极限以及在此基础上定义的导数、定积分是解决用函数表达的现实问题的有力工具。有限与无限是辨证思维的一种体现,要辨证地看待二者的关系,不要用初等数学的”有限的”眼光看”无限的”问题,要用极限思想看无限,极限方法是一种处理无限变化的量的变化趋势的有力工具。换句话说,当我们面对无限的问题时,就不要再用有限的观点来思考,要进入无限的状态,数学上极限就是这么一个规则和逻辑,我们按照这个规则和逻辑去做就可以了。

  另外,对循环小数和无限不循环小数的理解和表示也体现了有限与无限的辩证关系。我们知道,在中学数学里一般用整数和分数来定义有理数,用无限不循环小数来定义无理数,有理数和无理数统称为实数。有理数包括整数、有限小数和循环小数。整数和有限小数化成分数是学生非常熟悉的,那么,循环小数怎样化成分数呢?我们以前曾经介绍过用方程的方法可以解决这一问题。下面我们再用极限的方法来解决。

  案例:把循环小数0.999…化成分数。

  分析:0.999…是一个循环小数,也就是说,它的小数部分的位数有限多个。对于小学生来说,能够接受的方法就是数形结合思想和极限思想的共同应用和渗透,通过构造一个直观地几何图形来描述极限思想。先看下面的数列

0.9,0.09,0.009,…

  用数形结合的思想,把这个数列用线段构造如下:把一条长度是1的线段,先平均分成10份,取其中的9份;然后把剩下的1份再平均分成10份,取其中的9份……所有取走的线段的长度是

0.9+0.09+0.009+…=0.999…

  如此无限的取下去,剩下的线段长度趋向于0,取走的长度趋向于1,根据极限思想,可得0.999…=1。

  对于教师而言,光有极限思想的渗透是不够的,还需要进一步理解如何用极限方法来解决。这是一个无穷比递缩数列的求和问题,根据公式可得

0.9+0.09+0.009+…=0.9÷(1-0.1)=1

所以0.999…=1。

0.99999…………=1

  也许有的老师会认为:无限循环小数的位数是无限的,和永远达不到1,永远小于1。这是一种错误的概念,是因为用有限的观点来看待无限造成的;这样的问题在数学上应该用极限的方法来解决,这是一个无穷等比递缩数列求和的问题,前n项的和(当n趋向于无穷大时)的极限为1,所以上面数列的和是1。这时有的老师可能又会认为:极限是1,数列的和是1,就是一定能取完。这种观点也只说对了一半,也就是说用极限1来作为数列的和是对的,但是原因说的不十分准确,如上所述,极限的概念里没有说变化的量最后是否一定达到1,只需要当n足够大时,与1的距离要多小就有多小就足够了。通俗地说,在数轴上,你可以先任意取一个很小的正数ε,针对这个ε,只要找到一个正整数N,N+1以后的每一项都会落在区间(1-ε,1+ε)里,也许这里的每一项与1还有一点点距离,但是已经不重要了,已经不影响极限的数学游戏规则了,也就是不影响数列的和的取值了。

  通过这个例子进一步说明:极限方法只关注一个无限的变化过程的确定趋势是什么,只要趋势确定并且符合极限的定义,那么这个无限变化的过程的结果就用极限来表示,它就是一个解决问题的方法而已,只要符合极限的规则和逻辑,就可以用极限来表示无限变化的过程和结果,它并不关心这个无限变化的过程何时能到达极限,它本质上不同于有限个数的和。

本文标题:数学思维中的极限思想(摘录)

本文地址:http://www.ziyo.org/archives/4511.html

发布:小学数学资优网

发表评论