2022年高数教案第二章极限与连续 .pdf
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1、名师精编优秀教案第一章极限与连续第一节 数列的极限教学目的: 理解数列极限的概念,掌握数列极限的定义教学重点、难点:数列极限的概念,理解掌握数列极限的定义教学形式: 多媒体教室里的课堂讲授教学时间: 90 分钟教学过程一、引入新课半径为 R的圆的面积公式?2AR但是得到圆面积这个计算公式却是不容易的. 看电视 http:/ 年 295 年)创造了“割圆术” ,成功地推算出圆周率和圆的面积。圆周率是对圆形和球体进行数学分析时不可缺少的一个常数,各国古代科学家均将圆周率作为一个重要课题。我国最早采用的圆周率数值为三,即所谓 “ 径一周三 ” 。九章算术中就采用了这个数据。与刘徽类似的是,古希腊的阿
2、基米德也用正多边形法去求圆周率。但是阿基米德是用归谬法证得这一结果的,避开了极限概念,而刘徽却大胆地应用了以直代曲、无限趋近的思想方法;且阿基米德的方法需另外计算圆外切正多边形面积,刘徽的方法则只需求内接正多边形面积。与阿基米德比,刘徽的割圆术可谓事半功倍。二、新授课1、一个实验说明的事实对于一个半径为R的圆,先作圆内接正六边形,记其面积为1A;再作圆内接正十二边形,记其面积为2A,循此下去,每次边数成倍增加,得到一系列圆内接正多边形的面积,321nAAAA构成一列有次序的数, 其中内接正126n边形的面积记为)(ZnAn。练习题 1。求半径为R的圆内接正三角形ABC的面积S;内接正 n 边形
3、的面积ns。答案:23 34sR212sin2nsnRn练习题 2。求半径为R的圆外切正三角形ABC的面积;外切正n 边形的而积ns;答案:23 3sR2tannsnRn如果内接正n 边表的面积为nA,圆的面积为A,外接正n 边形的面积为ns,则有nnAAs精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 32 页名师精编优秀教案在几何直观上, 当 n 越大,对应的内接正多边形就越接近于圆,, 即圆与正多边形的面积nA(ns)之差就越小 , 因此以nA(ns)作为圆面积的近似值就越精确. 但无论内接正多边形的边数有多大,所计算的nA(ns
4、) 始终不是圆的面积. 于是设想 , 如果 n 无限增大 ( 记为n,读作 n 趋于无穷大 ) 时,nA(ns)无限接近 某 个 确 定 的 数 。 在 数 学 上 称 这 个 确 定 数 是 上 面 给 出 的 一 列 有 次 序 的 数 ( 即 数列),21nAAA, (12,rnS SSS)当n时的极限。在圆面积问题的讨论中 , 大家看到 , 正是这个数列极限才精确地表达了圆面积的结果, 也可以说 , 解决圆面积所采用的方法就是极限方法。2、数列与函数的关系按照一定顺序排列着的一列数就叫做数列,记为nx ,其中第 n 项做nx叫数列的一般项。123,: x ,.,.nnxxxx数列的例子
5、:;,)1(,32,23,0:) 1(;,) 1( , 1, 1 , 1, 1 , 1:) 1(;,21,81,41,21:21;,2, 8, 4, 2:2;,1,43,32,21:1nnnnnnnnnnnnnnnn它们的一般项依次为1( 1),2 ,( 1) ,.12nnnnnnnn数列 nx 可以看作自变量为自然数n 的函数)(nfxn它的定义域是全体正整数。3、数列的几何意义从一维角度考察,数列 nx 可以看作数轴上的一个动点,它依次取数轴上的点123,nxxxx然而,从二维角度考察,数列 nx 可以看作XOY面上的点集(n,nx),在 XOY平面上数列 nx 表现为一个散点图。精选学习
6、资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 32 页名师精编优秀教案4、数列的散点图在 XOY平面上画出如下数列的散点图:(1)1nn;(2)2n(3)21n(4) n) 1( (5))1(nnn(6) sin n 输出图形如(图21)至图( 26)所示。204060801000.920.940.960.98234567850100150200250(图 2 1 数列)1nn( 图 22 ) 数列2n23456780.10.20.30.40.51020304050-1-0.50.51( 图 23 数列)21n( 图 24 )数列 n) 1(
7、 10203040500.80.91.11.21020304050-1-0.50.51( 图 25)数列) 1(nnn的图形(图 26) 数列sin n由(图 21)至图( 2 6)可以看出,随着n 的增大,1nn越来越趋向于1;n2越精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 32 页名师精编优秀教案来越大;n21越来越趋向于0;与之间变动;nnn)1(越来越趋向于;sin n 在与之间变动5、 数列极限的直观定义对于数列 nx ,如果当无限增大时,数列的一般项nx无限地接近于某一确定的常数,则称常数是数列 nx的极限,或称数列
8、nx 收敛于,记为axnnlim如果数列没有极限,称数列是发散的,例如,limn1nn,limnn21,limnnnn) 1(而2n, n) 1( , sin n 是发散的三、本节小结:数列与数列极限的概念四、课外作业:P21 习题 21 1。选择题( 1) , (2)精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 32 页名师精编优秀教案第一章极限与连续第二节 数列的极限教学目的: 掌握数列极限的定义,会用定义证明数列的极限,了解收敛数列的性质。教学重点、难点:用定义证明数列的极限教学形式: 讲授法教学时间: 90 分钟教学过程一、引
9、入新课数列的极限描述性定义与几何表现例如:数列)1(nnn是有极限的,它的图象如下:ListPlotTable(n+,/)1(nnn,1,50 10203040500.80.91.11.2图 2-5 对于数列 nx ,如果当无限增大时,数列的一般项nx无限地接近于某一确定的常数,则称常数是数列 nx的极限,或称数列 nx 收敛于,记为axnnlim如果数列没有极限,称数列是发散的。二、新授课1、数列极限的精确定义设有数列 nx 及常数 a, 如果对于任意给定的正数,总存在一个正整数N, 当nN时,不等式nxa恒成立, 则称常数a 为数列 nx的极限, 或称数列 nx收敛于 a,记作axnnli
10、m或()nxa n,如果这样的常数a 不存在,就说数列没有极限,或称数列发散。在直角平面坐标系OXY的 Y轴上取以为a 为中心,为半径的一个开区间(,)aa,称精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 32 页名师精编优秀教案它为 a 的邻域,记为O(a,) :O(a,)=x axa “当nN时,不等式成立nxa”表示数列中从N+1 项起的所有项都落花流水在点 a 的邻域,即( , ),nxanN。由于具有任意性,也就是说邻域O ( a,)的长度中(如图2-5 )上下两条横线的距离可以任意收缩。 但不管收缩得多么小,数列一定会从某
11、一项起全部落在由这两条线界定的范围中,不难理解,a 必为这个数列的极限值。要注意在述的收剑定义中,既是任意的,又是给定的。因为只有对确定的,才能找到相应的自然数N。问题:“无限接近”意味着什么?如何用数学语言刻划它。给定,由,只要时,有,给定,只要时,有,给定,只要时,有,给定,只要时,有成立例 1 证明:21lim2nnn证对于任意给定的0,要使精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 32 页名师精编优秀教案21122nnxnn只要1n,取正整数1N,则当nN时,2nx恒成立,故21(1,2,.)nnxnn以 2 为极限,即2
12、1lim2nnn。例中证明方法叫做解析法,也称倒推法,这是证明极限问题经常采用的方法。证明过程中,倒推语句“要使” , “只要”等不能省略,更不能写成颠倒的因果关系。在收敛的数列中,我们称极限为0 的数列为无穷小量,例如1n,2( 1)1nn都是无穷小量。要注意,无穷小量是一个变量,而不是一个“非常小的量”(如100010) 。常数列0,0,0, 0,是一个特殊的无穷小量。从极限的定义可知,一个数列 nx 收敛与否, 收敛于哪个数, 与这一数列的前面有限项列关。也就是说,改变数列前面的有限项,不影响数列的收敛性。例如数列10,100,1000,10000,1 11,5 6n的极限仍然是0。根据
13、数列极限的定义来证明某一数列收敛,其关键是对任意给定的0寻找自然数N。在上面的例题中,是通过解不等式nxa而得出的。但在大多数情况下,这个不等式并不容易解。 实际上, 数列极限的定义并不要求取到最小的或最佳的自然数N,所以在证明中常常对nxa适度地做一此放大处理,这是一种常用的技巧。例 2 求证:221lim27nnnn=12证明 首先我们有2211722722 (27)nnnnnn显然当6n时272842 (27)2nnnnnn于是,对任意给定的0,取4max6,N,当nN时,成立22114272nnnn精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - -
14、-第 7 页,共 32 页名师精编优秀教案上述不等式的放大,是在条件“6n”前提下才成立,所以在取N 时,必须要求4N与6N同时成立。2. 收敛数列的性质性质极限的唯一性。数列 nx不能收敛于两个不同的极限。对于数列 nx,如果存在实数M ,使数列的所有的项都满足nxM,n=1,2,则称 M 是数列 nx 的上界, 如果存在实数m ,使数列 nx的所有的项都满足nmx,n=1,2,3,则称m 是数列 nx的下界。一个数列 nx,若既有上界又有下界,则称之为有界数列,显然数列 nx有界的一个等价定义是:存在正实数X,使数列的所有项都满足nxX,n= n=1,2,3,性质收敛数列的有界性。如果数列
15、 nx收敛,那么数列 nx 一定有界。性质收敛数列的保号性。如果数列 nx收敛于,且( a 0) ,那么当 n 充分大时,有nx0(或nx0) 。性质 4夹逼准则如果说数列 nx 收敛于 a ,数列 nz 收敛于 a ,且nxnynz(当 n 充分大时),则数列 ny 收敛于 a。例子 求数列 1nn的极限。解首先我们有1nn=(1)(1)1nnnnnn=11nn取0nx,1nynn,1nzn,则有nnnxyz由1n是无穷小量,且有limlim0nnnnxz,利用极限的夹逼性,得到精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 32 页
16、名师精编优秀教案lim(1)0nnn因此,对数列极限概念应该形成这样一些正确认识:(1) 数列极限是对于无穷数列而言的,但无穷数列不一定都有极限;(2) 如果说一个无穷数列有极限,则这个极限一定是一个常数; (3) 如果说无穷数列 nx以 a 为极限,则从数轴上看, 对于任意开区间 (a),a,0 ,都能找到某一项nx,使得在这一项之后的所有项都落在这个开区间内,即这个开区间之外最多只能有有限项。三、本节小结:数列极限的精确定义四、课外作业:P21 习题 2-1 (3)下列数列收敛于1的有() ;A112n B1(1) (1)nnC21,221,2nnnnnnxn为奇数为偶数 D1 2 3 4
17、 5,2 3 4 5 61nn( 4)下列数列收敛于0的有() ;A0,1,2nnnxn为奇数为偶数 B1 1 1 1 1111,3 2 4 3 52n nC11 11 111,(1),23 45 6nn D1 1 111,3 5 721n( 5 ) 若 数 列nx与 数 列ny的 极 限 分 别 为a与b, 且ab, 则 数 列112233,x y xyxy的极限为() 。Aa BbCab D不存在2在xy平面上画出如下数列的散点图,并指出极限:121(1) (1)21nnnxn;1(2) sinnxn精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -
18、第 9 页,共 32 页名师精编优秀教案第一章极限与连续第三节 函数的极限教学目的: 理解函数的极限的描述性定义,了解极限的性质,掌握极限的四则运算教学重点、难点:极限的四则运算教学形式: 多媒体教室讲授与演示教学时间: 90 分钟教学过程一、引入新课1.数列与函数的关系。2.数列极限的定义和几何判断二、新授课一函数极限的定义 1 当 x 时,函数)(xf的级限(1)当 x +时,函数)(xf的极限如果当 x 取正值,并且无限增大时,函数)(xf无限地接近于某一确定的常数a ,则称常数 a 是函数)(xf当 x +时的极限,或称当 x +时,函数)(xf收敛于 a 。记为xlim)(xf =
19、a 例如,由图27 可以看出xlim112322xxx =3 输入 f x : = (x32 2x 1 )/ (x2 1 ) Plot f x,x ,2,300 输出图形,如图27 所示。由图 28 可以看出:xlimsin x 不存在输入 PlotSinx,x , 1,100 输出图形,如图28 所示。501001502002503002.42.52.62.72.82.9-10102030405060-1-0.50.51精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 32 页名师精编优秀教案(2)当 x 时,函数)(xf的级限如果当
20、 x 取负值, 并且绝对值无限增大时,函数)(xf无限地接近于某一确定的常数a。则称常数a 是函数)(xf当 x -时的极限,或称当x -时,函数)(xf收敛于a。记为xlim)(xf = a 例如,由(图29)可以看出:xlimx2 = 0 输入 Plot2x,x ,-15 ,2 输出图形,如图2 9 所示。-15-12.5-10-7.5-5-2.50.20.40.60.811.21.4-200-150-100-50-0.0006-0.0004-0.00020.00020.00040.0006(图 2-9 )( 图 210)由图 210 可以看出:xlim2sinxx = 0 输入 Plot
21、Sinx/ x2,x ,-200 ,1 输出图形,如图2 10 所示。(3)当x时,函数)(xf的级限如果当 x 的绝对值无限增大时,函数)(xf无限地接近于某一确定的常数a,则称常数a 是 函 数)(xf当x时 的 极 限 , 或 称 当x时 , 函 数)(xf收 敛 于a 。 记 为xlim)(xf = a 例如,由图211 可以看出:xlim52122xx = 21精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 32 页名师精编优秀教案输入 Plot(x2 1 / 2x2 + 5 ) ,x ,-20 ,20 输出图形,如图2 1
22、1 所示。-20-101020-0.2-0.10.10.20.30.40.5-100-5050100-0.002-0.0010.0010.002( 图 2 11 )( 图 212)由图 212 可以看出:xlim2sinxx =0 输入 PlotSinx/ x2,x ,-100 , 100 输出图形,如图2 12 所示。注意xlim)(xf = a 充分必要条件是xlim)(xf = a 且xlim)(xf = a 。例如,由xlimx2 = 0 ,xlimx2 = +,可知xlimx2不存在。2.当 x0 x时,函数)(xf的级限(1) 当 x0 x时,函数)(xf的级限如果说当x 从0 x
23、的右侧无限地接近0 x时,函数)(xf无限地接近于某一确定的常数a ,则称常数 a 是函数)(xf当 x0 x时的右极限,或称函数)(xf从0 x的右侧收敛于a 。记为0limxx)(xf = a (2)当 x0 x时,函数)(xf的极限如果当 x 从0 x的左侧无限地接近0 x时,函数)(xf无限地接近于某一确定的常数a ,则称常数a 是函数)(xf当 x0 x时的左极限,或称函数)(xf从0 x的左侧收敛于a 。记为精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 32 页名师精编优秀教案0limxx)(xf = a 例如,)(xf
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