极限思想和其在数学中应用

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1、极限思想和其在数学中应用　　摘要极限是高等数学中的重要概念，文章通过对极限思想发展历程的简述，分析了极限思想在数学尤其是微积分学中的应用，重点提到了其作为解决实际问题的方法论意义。关键词极限思想研究方法应用中图分类号：G642文献标识码：ALimitIdeaanditsApplicationinMathematicsLIMeihua（SouthChinaBusinessCollege，GuangdongUniversityofForeignStudies，Guangzhou，Guangdong510545）AbstractLimitisani

2、mportantconceptinadvancedmathematics.Thisarticlesummarizesthedevelopmenthistoryofthelimitidea，andanalyzestheapplicationofthelimitideainmathematics，especiallyindifferentialandintegralcalculus，finally，highlightsitspositionasamethodologicalsignificancetosolvepracticalproblems.

3、Keywordslimitidea；researchmethods；application71极限思想的由来及其发展极限思想来源于生产生活实践，为求某些实际问题的精确解答而产生。古希腊的安提芬（antiphon480-403BC）采用“化圆为方”提出了用圆内接正多边形面积“穷竭”圆面积的方法，数学家欧多克斯（EudoxusofCnidus，408-355BC）发展了穷竭法，认为“在一个量中减去比其一半还大的量，不断重复这个过程，可以使剩下的量变得任意小”，即量是无限可分的，阿基米德进一步完善了“穷竭法”，并将其广泛应用于求解曲面面积和旋转体体

4、积问题中。中国古代刘徽的“割圆术”认为“割之弥细，所失弥少，割之又割，以至于不可割，则与圆周合体而无所失矣”，并由此得到“徽率”3.1416。这正是极限思想的萌芽状态。但也正如希伯特尔所说“然而也没有任何其它的概念能像无穷那样需要加以阐明”，到16、17世纪真正意义上的极限才得以产生。牛顿、莱布尼兹在无穷小概念的基础上提出了数列极限的描述性定义：“如果当无限增大时，无限地接近于常数，那么就说以为极限”。但这种依赖于人的感觉的直观认识太模糊，鉴于数学的严密性原则，受19世纪分析严格化思潮的影响，柯西、魏尔斯特拉斯等数学家给出了用精确数学语言定量

5、描述的极限定义。极限数学定义的产生促进了导数、积分等概念的严格建立，形成极限理论，抽象出极限思想，并使之得到成熟应用。72极限思想在数学中的作用（1）极限思想具有重要的方法论意义，为实际问题的解决提供了独有的研究方法。在初等数学中，从变量变化中研究发展趋势，着眼于问题的极限状态，或从动态中去把握其变化极限，亦或从静态中去联想其运动极限，也是解决问题的一种方法。例1：在正n棱锥中，相邻两侧面所成的二面角的取值范围是（）A.（，）B.（，）C.（0，）D.（，）解析：若直接分析求解本例，对人的空间想象和演绎归纳能力要求较高。如若能从静中去思变以及

6、变的极限位置等角度考虑，将会简便很多。正棱锥在边数增加过程中，其底面正边形位置是相对不变的，可将其顶点看作是运动变化的。其顶点在运动中有两个极限状态，一个是向下无限接近于底面正边形的中心，此时相邻两侧面所成二面角趋于平角；另一个是向上运动趋于无穷远，正棱锥侧棱将无限接近与底面垂直的位置，此时的正棱锥将接近于正棱柱，相邻侧棱所成二面角趋于底面正边形的内角，故而可取得答案A。极限思想的成熟也使得17世纪由于资本主义工7业的大力发展、力学的需要随之产生的大量数学问题得到了严格定义上的解决。这其中包括用平均速度的极限求变速运动物体的瞬时速度，用瞬时速

7、度的极限解释加速度；用割线无限逼近切线的思想确定物体在它运动轨迹任一点处的运动方向；求函数的最值问题；用无限分割以直代曲的研究方法，把曲线问题转化为直线问题，把曲面问题转化为平面问题，再通过极限使近似转变为精确，从而解决了曲线长度、曲线围成的图形面积、曲面围成的几何体体积以及物体的重心、薄型物体的质量等一系列问题。例2：设=（）在[]上非负且连续可微，求该曲线绕轴旋转后所得旋转体的侧面积。解析：这实际上是一个无限分割以直代曲的积分问题。首先引入[]的分划={，，…，}。整个旋转体侧面积就分割成若干个小区间[，]上的近似小圆台侧面积，即�HU=

8、，其中�HU=，再求和得到的近似值�HU。当分划无限进行下去，利用极限思想就可把旋转体的侧面积看成是�HU当

9、

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12、→0时的极限值，即=�HU。）若引入定积分的概念