大学数学极限思想在中等数学中的应用(3)

2019-03-16 14:44

c?c2?4当c?2时,令a?

2由an?11?an?1??c得 ananan?a 当2?c?当c?10时,an?a?3 310时,a?3且1?an?a 3于是a?an?1?即 a?an?1?11(a?an)?(a?an) an?a31(a?1 )3na?1当n?log3时

a?3a?an?1?a?3

an?1?3 因此c?10不符合要求 310] 3所以c的取值范围是(2,极限思想的解法;由题设易知数列{an}是正项递增数列且有上界 所以liman存在

n??不妨设liman?m

n??则liman?1?m且1?m?3

n??对an?1?c?1两边同时取极限得 an1) anliman?1?lim(c?n??n??即m?c?1 m整理得m2?cm?1?0

11

因为liman存在

n??所以方程m2?cm?1?0有解 令??c2?4?4

c?c2?4且1?m??3

210] 3解析:本题考查了分析、归纳、探究和推理论证问题的能力,在解题过程中也渗透

解得c的取值范围是(2,了对函数与方程思想、化归与转化思想的考查。利用中学数学的解法主要思路是通过数学归纳法来验证an?an?1?3成立,再根据验证的结果探求c与an,an?1之间的关系,在

c?c2?4求出c的范围,其中最难的部分是设定a?的值。而利用极限的单调有界的性

2质,对an?1?c?求出c的范围

1两边求极限得出一个一元二次方程,再根据方程有解的判定定理来an2.3极限在不等式中的应用

不等式是中学数学中一个重要的模块,在大学数学中不等式的应用十分广泛,例如极限的证明,夹逼法则的应用等等。而极限同样也在不等式中有着十分广泛的应用。

1111????例.证明 ? 2925(n2?)14解:用数学归纳法

当n?1时,不等式显然成立。 设n?k(k?1)时,不等式成立,即

1111????? 2925(2n?1)4那么,当n?k?1时,

(1)

111111 ??????222925?2k?1??2k?3?4?2k?3?由于

111 ??24(2k?3)412

所以,数学归纳法不可行

1之所以用数学归纳法思路行不通,其原因在于是一个常数,从k 到(k?1)右边常

4量不变,而左边在增大,这样,无法使用归纳假设。

当联想limn11n1??, ?,且当n?1时,

n??4(n?1)44?n?1?89可以将题目转化为:

111n ????? 2925(2n?1)4?n?1?n11??,不等式(2)成立,

4?n?1?89 (2)

证明:①当n?1时,

②设n?k(k?1)时,不等式(2)成立,即

111n????? 2925(2n?1)4?n?1?那么,当n?k?1时,

1111 ????22925?2k?1??2k?3??k1 ?24(k?1)(2k?3)1k1 ?.?4k?1(2k?3)21k1 ?.?4k?1(2k?2)(2k?4)?k?1

4(k?2)

即当n?k?1时,不等式(2)成立

1111?即原式 ???? 2925(2n?1)4解析:中学数学的解法:采用数学归纳法,我们可以看出n?1时,不等式显然成立,假设n?k时不等式也成立,如果再证明出n=k+1时,不等式成立,则假设的n=k就成立,那么就可以用数学归纳法证明出不等式成立,但此题在证明n?k?1时,使不等式的左边的值增大了,所以就达不到证明不等式左边小于右边的效果。极限的方法使

13

不等式的右边的常数值转化成了一个等价的变量,使在证明n?k?1时,不等式左右两边的值同时增大,通过比较不等式的大小就证明出了n?k?1时不等式成立,继而得出假设的n?k时的不等式也同样成立,所以不等式就成立了。此题如果一味的采用数学归纳法是证明不出不等式成立的,而引入极限的思想,用极限值来构造新的不等式就可以证明出了不等式成立,本题中引入的极限可以说是达到了一个四两拨千斤的效果,作用非常大,这也正是极限的思想在中学数学中的渗透的一个体现。

2.4极限在立体几何中的应用

立体几何作为中学数学中一个重要的模块,往往因为抽象而让学生感觉学习难度较大。极限思想也成为了解决这类问题重要的一种方法。

例.正三棱锥相邻两个侧面所成的角为?,则?的取值范围是(D)

????A.(0,?) B. (0,) C. (,) D. (,?)

3233

解:利用中学数学的解法: 首先作SO⊥底面ABC于O点。

因为S?ABC为正三棱锥,所以?ABC为正三角形,O点为?ABC的中心。作

AD?SC于D点,连接BD,则BD?SC

所以?ADB为相邻的两个侧面A?SC?B的二面角

?ADB??

设AB?AC?BC?m,?SCB?? 所以AD?BD?msin?

14

由余弦定理可得

AD2?BD2?AB21 cos???1?22AD?BD2sin?所以?的余弦值与?的值有关。 再由余弦定理得

BO2?CO2?BS2BC2 cos?BOC??1?22BO?CO2BOBS2?SC2?BC2BC2 cos?BSC??1?2BS?SC2BS2 因为 所以 因为

BO?BS

cos?BOC?cos?BSC

?BOC?2?并且余弦函数在[0,?]上是减函数。 32??BSC?所以

3在?SCB中,由三角形的内角和定理

所以 所以 即 即

2???BSC??

???3

?3????2

?1?cos??1?11 ?22sin?2?3所以答案为D

????

利用极限的思想求解

如图所示,O为正三角形ABC的中心,SO为正三棱锥S?ABC的高,把O看作定点, S看作动点,当O?OS,两相邻侧面趋向于一个平面,此时相邻两侧面的夹角

???;当OS??时,正三棱锥无限趋向正三棱柱,两相邻侧面的夹角愈来愈小,趋

?向于底面三角形ABC的一个内角,即??

3?所以??(,?),答案即为D

3解析:中学数学的解法:首先构造出相邻两个侧面的二面角的平面角?ADB??,

15


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