微積分基礎(chǔ)理論三個重要節(jié)點的研究

朱孝春[1]

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微積分基礎(chǔ)理論三個重要節(jié)點的研究

朱孝春[1]

（浙江同濟科技職業(yè)學(xué)院 基礎(chǔ)部，浙江 杭州 311231）

微積分的學(xué)習(xí)，需要改變原來的靜態(tài)思維模式，把握函數(shù)是微積分學(xué)科的研究對象，極限是考察數(shù)值變化的基本思想，導(dǎo)數(shù)是分析函數(shù)變化的主要工具．用動態(tài)的角度去探索量的變化關(guān)系，進(jìn)而提煉為用哲學(xué)的理念去觀察事物的現(xiàn)象和發(fā)展規(guī)律，理解微積分基礎(chǔ)的理論結(jié)構(gòu)，最終領(lǐng)悟微積分學(xué)的數(shù)學(xué)思想．

思維模式；數(shù)學(xué)思想；辯證法

微積分的學(xué)習(xí)不僅為后續(xù)課程的探究提供了有力的數(shù)學(xué)工具，它的思想對于學(xué)生一生的學(xué)習(xí)與工作將產(chǎn)生重要而深遠(yuǎn)的影響[1]．要學(xué)好微積分這門課程，必須了解它的結(jié)構(gòu)、原理和內(nèi)在的關(guān)系，本文總結(jié)了微積分基礎(chǔ)理論的三個重要節(jié)點，并對其教學(xué)過程進(jìn)行研究．

1牢記基本初等函數(shù)的圖像和性質(zhì)

2熟練掌握導(dǎo)數(shù)的計算

導(dǎo)數(shù)是研究函數(shù)變化關(guān)系的最常用工具，因為微積分理論中處處都有求導(dǎo)的問題．如平面光滑曲線上切線的點斜式方程、洛比達(dá)法則的運算式、可導(dǎo)函數(shù)一階導(dǎo)數(shù)符號的單調(diào)判別及二階導(dǎo)數(shù)符號的凹向判別、不定積分概念和定積分牛頓-萊布尼茲公式中被積函數(shù)與原函數(shù)的關(guān)系、空間光滑曲線上切線的點向式方程及法平面的點法式方程、空間光滑曲面的切平面方程及法線方程、曲線積分中的格林公式、函數(shù)的泰勒級數(shù)展開式的通項等．在記憶公式和性質(zhì)時，同樣需要運用記憶術(shù)．如三角函數(shù)和反三角函數(shù)的導(dǎo)數(shù)公式，需要模塊記憶，它們的符號依次是“先正后負(fù)、正負(fù)交錯”．反三角函數(shù)的導(dǎo)數(shù)公式分兩組，每組大小相等，形式另記．需要指出的是，公式和法則中出現(xiàn)的變量只是一個符號，表示一個元素，而等號的右邊正是說明左邊的表達(dá)式關(guān)于這個元素求導(dǎo)的結(jié)果．對于復(fù)合函數(shù)的導(dǎo)數(shù)問題，只要把中間變量整體看成為一個元素，先對原來的函數(shù)關(guān)于這個元素求導(dǎo)，再乘上這個元素關(guān)于最終變量（即自變量）的導(dǎo)數(shù)，即便是中間變量有許多，無非是重復(fù)使用該方法罷了．

3用哲學(xué)思想去理解和體會微積分學(xué)

數(shù)學(xué)和哲學(xué)的關(guān)系，猶如物理和數(shù)學(xué)，相互依賴，相互促進(jìn)[4]．學(xué)習(xí)微積分，就是要學(xué)習(xí)它的嚴(yán)謹(jǐn)性、邏輯性和辨證性，它的靈魂便是哲學(xué)．?dāng)?shù)學(xué)的哲學(xué)思想是數(shù)學(xué)知識的精髓，是知識轉(zhuǎn)化為能力的橋梁[5]，運用數(shù)學(xué)的哲學(xué)思想，能使學(xué)生對微積分的認(rèn)識和理解，提升到更加宏觀和系統(tǒng)的層次[6]．

3.1運動與靜止

靜止是暫時的，運動是永恒的．初等數(shù)學(xué)中的觀點和方法，比較注重結(jié)果，通?？梢杂谩办o止”兩個字來概述，是運動事物在瞬間的最簡單狀態(tài)．而微積分，因為有了極限的理論，它的思維模式完全發(fā)生了變化，更多的是研究事物發(fā)展的趨勢，需要用運動的角度去觀察問題，這就是微積分的深刻本質(zhì)[7]．如果不能及時轉(zhuǎn)變觀念，學(xué)習(xí)過程將是非常痛苦的．如數(shù)列：0.9，0.99，0.999，0.999 9，…，它的每一項都是不變的常數(shù)，且不等于1，而它的通項又是一個關(guān)于的變化量．隨著的不斷增大，數(shù)列的通項越來越接近1，它與1的距離要有多小就有多小，說明在的條件下，的變化趨勢是一個靜止量1，用極限符號把它記為，換言之，0.999 9…=1．函數(shù)的定義域，雖然不能取1，但卻可以無限地靠近1，在靠近的過程中又始終不等于1．這時，即．

3.2一般與特殊

微分中值定理是體現(xiàn)一般與特殊關(guān)系的典例．可以知道，羅爾定理是拉格朗日定理在條件下的特殊形式，而拉格朗日定理又是柯西定理當(dāng)?shù)囊粋€結(jié)果．說明同一事物（如拉格朗日定理）在一定的條件下是一般的，在另一條件下卻又是特殊的，一般和特殊都是相對的而不是絕對的，并且具有遞推性質(zhì)，即是的特殊，又是的特殊，則也是的特殊．同時，事物與事物之間，在一定的條件下又可以相互轉(zhuǎn)化．若在羅爾定理中令，則可以推出拉格朗日定理，類似地，令，也可以由羅爾定理推出柯西定理．

3.3有限與無限

分析一個事物，可以通過研究它的對立面來解決，反例可以使學(xué)生比較直接地發(fā)現(xiàn)其中的區(qū)別與聯(lián)系，進(jìn)而更好地理解這些內(nèi)容[8]．對于無限區(qū)間的反常積分，因為積分區(qū)間是一個無限區(qū)間，無法直接應(yīng)用牛頓-萊布尼茲公式，于是退一步，先討論相應(yīng)的有限區(qū)間，求出，再考察極限．如果此極限存在，則，否則原反常積分發(fā)散．在無窮級數(shù)收斂和的計算時，先求出前個有限項的和，然后取極限．假設(shè)該極限存在，它的值為常數(shù)，那么收斂于，即，否則原無窮級數(shù)發(fā)散．這樣，先把無限化有限，再把有限變無限，通過極限理論，使兩個對立的事物得到了統(tǒng)一．

[1] 林喜季．高校微積分教學(xué)研究[J]．吉林教育，2012（8）：8-9

[2] 高本重郎．記憶術(shù)[M]．林懷秋，譯．長沙：湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1982

[3] 張鼎．微積分教學(xué)方法探討[J]．試題與研究：教學(xué)論壇，2014（17）：21-23

[4] 張慧．高職微積分教學(xué)探索與實踐[J]．內(nèi)蒙古電大學(xué)刊，2011（1）：99-100

[5] 顏有祥．微積分的基本數(shù)學(xué)思想[J]．學(xué)園·教育科研，2012（17）：61-63

[6] 李明，單連峰．簡論微積分中的四種數(shù)學(xué)哲學(xué)思想[J]．?dāng)?shù)理醫(yī)藥學(xué)雜志，2011（2）：250-252

[7] 湯彬如．蘇步青先生的數(shù)學(xué)哲學(xué)思想[J]．南昌教育學(xué)院學(xué)報，2006（3）：8-10

[8] 殷煒棟．微積分教學(xué)中的反例[J]．浙江科技學(xué)院學(xué)報，2014（3）：232-236

Research on basic theories of calculus from three important nodes

ZHU Xiao-chun

（Department of Basic Course，Zhejiang Tongji Vocational College of Science and Technology，Hangzhou 311231，China）

The thinking mode of learning calculus should be changed from the traditional mode to a new mode．In the new mode of learning，the function should be studied，the limit should be paid attention，and the derivative should be used as one of the main tools．The analysis of the change of the quantities should be observed in the dynamic perspective，so that the observation to the phenomenon and developing rules will be on the base of philosophy，and the learning of calculus will be happy．

thinking modes；philosophy of math；dialectic

1007-9831（2016）02-0059-03

O171∶G642.0

A

10.3969/j.issn.1007-9831.2016.02.017

2015-08-10

朱孝春（1959-），男，浙江杭州人，副教授，從事數(shù)學(xué)教學(xué)與教研工作．E-mail：hz.zxc@163.com