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Mathematica在极限教学中的应用_绘图

时间:2012-03-07  作者:秩名

论文导读::数学软件的普及,对传统的高等数学教学产生了巨大影响。在极限的教学中引入数学软件Mathematica,通过应用数据显示,绘制图形,动画,数值计算等功能的介绍,使学生对概念的理解以及对极限的学习都得到了很好的改善,也使得课堂教学更具活力。
论文关键词:极限,Mathematica,绘图

 

随着全国大学生数学建模竞赛的影响日益扩大,数学软件使用越来越普及,以计算机作为教、学、研工具己成必然,选择适当的内容,适时地把数学软件融入到数学课程中进行教学绘图,就有着重要的现实意义了,它不仅为教师和学生提供了一个“活”的教与学的平台,而且也使师生能够在该平台里动态地探索和研究数学问题。[1]

极限是高等数学最重要的内容之一,它是高等数学后续章节的基础。极限学习的好坏,将直接影响着高等数学的学习。在传统的教学模式下,对于大部分学生来说极限是很难理解的一个概念论文开题报告范例。但在教学中引入数学软件Mathematica后,问题就迎刃而解了。

软件Mathematica是一套专门进行数学计算的软件,其强大的数值计算、符号计算、函数绘图等功能对高等数学的教学和学习将起到重要作用。

1 极限概念的理解

例1 观察数列的前1000项变化趋势。[2]

首先,我们以数值的方式来说明这一变化趋势。输入以下语句[3], 并观察其数值结果,如图1.

Mathematica

图1 数值输出结果(限于篇幅以步长为20输出)

结果表明:随着的增大,趋近于1绘图,即.

接下来,我们用图形的方式观察。输入以下语句, 观察其图形变化趋势,如图2.

Mathematica

图2 的散点图

从图形可以看出这个数列收敛于1.

例2 通过动画观察当时数列的变化趋势。

输入以下命令[4]

aa={1,1/2^2,1/3^2};

Do[aa=Append[aa,N[1/i^2]];

ListPlot[aa,PlotRange->{0,1},PlotStyle->PointSize[0.02]],{i,4,40}]

运行结果,将输出37个图形,从中节选5个图,如图3.

Mathematica

图3 的散点图

在Mathematica中双击任意一个图就可以把这37个图用动画的方式放出来,从动画中可以看出所出现的点逐渐接近于轴,即.

2 两个重要极限的理解

例3 第一个重要极限

绘出的图形并输入命令Limit,运行结果,如图4.

图4的图形与极限

观察图形,当时函数值的变化趋势与用函数Limit求出的结果一致绘图,都为1.

例4 第二个重要极限

绘出的图形并输入命令Limit,运行结果,如图5.

图5 的图形与极限

在In[7]的第一行是绘制函数的图形,将图形文件存在变量g1中;第二行是绘制常数(2.71828……)这条直线。观察图形,当时函数值的变化趋势与用函数Limit求出的结果一致,都为.

3 左右极限

例5 考察函数时的变化趋势论文开题报告范例。

先画出函数的图形,如图6.

图6函数的图形

由图可以看出,在时,.而时,需要考虑在时的左右极限了。

我们应用函数Limit求极限,输入命令绘图,运行得出结果,如下:

In[11]=Limit[,x->0,Direction->+1]

Limit[,x->0,Direction->-1]

Out[11]= 0

Out[12]=

注:命令“Direction->+1”表示自变量x沿x轴的正方向趋向于0,即左极限;

命令“Direction->-1”表示自变量x沿x轴的反方向趋向于0,即右极限。

时,的极限不存在。

4 结束语

数学软件Mathematica的在极限教学中的应用,从教学内容、教学形式、教学方法和手段上讲,都是对传统数学教学的一种发展和补充[5],使学生在掌握知识的同时,也使数学课堂更加开放和更具有活力。


参考文献:
[1]周木生,王庚.数学软件融入到微积分教学中的模式初探[J].重庆师范大学学报(自然科学版), 2005,22(1):79-80.
[2]吴赣昌.微积分(经管类)[M].北京:中国人民大学出版社,2006.10.
[3]嘉木工作室.Mathematica应用实例教程 [M].北京:机械工业出版社,2002.3.
[4]洪恩维.数学运算大师Mathematica4[M].北京:人民邮电出版社,2002.6.
[5]张颖.数学软件在高职数学实验课中的应用[J]. 高师理科学刊, 2009,29(6):92-94.
 

 

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