【提優(yōu)教程】江蘇省2012高中數(shù)學(xué)競(jìng)賽 第63講 極限教案
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1、 極限及其運(yùn)算 相關(guān)知識(shí) 1.數(shù)列極限的定義: 一般地,如果當(dāng)項(xiàng)數(shù)無(wú)限增大時(shí),無(wú)窮數(shù)列的項(xiàng)無(wú)限趨近于某個(gè)常數(shù)(即無(wú)限趨近于0),那么就說(shuō)數(shù)列以為極限,或者說(shuō)是數(shù)列的極限.記作,讀作“當(dāng)趨向于無(wú)窮大時(shí),的極限等于” 2.幾個(gè)重要極限: (1) (2)(C是常數(shù)) (3)無(wú)窮等比數(shù)列()的極限是0,即 3.函數(shù)極限的定義: (1)當(dāng)自變量x取正值并且無(wú)限增大時(shí),如果函數(shù)f(x)無(wú)限趨近于一個(gè)常數(shù)a,就說(shuō)當(dāng)x趨向于正無(wú)窮大時(shí),函數(shù)f(x)的極限是a. 記作:f(x)=a,或者當(dāng)x→+∞時(shí),f(x)→a. (2)當(dāng)自變量x取負(fù)值并且絕對(duì)值無(wú)限
2、增大時(shí),如果函數(shù)f(x)無(wú)限趨近于一個(gè)常數(shù)a,就說(shuō)當(dāng)x趨向于負(fù)無(wú)窮大時(shí),函數(shù)f(x)的極限是a. 記作f(x)=a或者當(dāng)x→-∞時(shí),f(x)→a. (3)如果f(x)=a且f(x)=a,那么就說(shuō)當(dāng)x趨向于無(wú)窮大時(shí),函數(shù)f(x)的極限是a, 記作:f(x)=a或者當(dāng)x→∞時(shí),f(x)→a. 4 數(shù)列極限的運(yùn)算法則: 與函數(shù)極限的運(yùn)算法則類似, 如果那么 5 對(duì)于函數(shù)極限有如下的運(yùn)算法則: 如果,那么, , 當(dāng)C是常數(shù),n是正整數(shù)時(shí):, 這些法則對(duì)于的情況仍然適用 6 函數(shù)在一點(diǎn)連續(xù)的定義: 如果函數(shù)f(x)在點(diǎn)x=x0處有定義,f(x)存在,且f(x
3、)=f(x0),那么函數(shù)f(x)在點(diǎn)x=x0處連續(xù). 7.函數(shù)f(x)在(a,b)內(nèi)連續(xù)的定義: 如果函數(shù)f(x)在某一開(kāi)區(qū)間(a,b)內(nèi)每一點(diǎn)處連續(xù),就說(shuō)函數(shù)f(x)在開(kāi)區(qū)間(a,b)內(nèi)連續(xù),或f(x)是開(kāi)區(qū)間(a,b)內(nèi)的連續(xù)函數(shù). 8 函數(shù)f(x)在[a,b]上連續(xù)的定義: 如果f(x)在開(kāi)區(qū)間(a,b)內(nèi)連續(xù),在左端點(diǎn)x=a處有f(x)=f(a),在右端點(diǎn)x=b處有f(x)=f(b),就說(shuō)函數(shù)f(x)在閉區(qū)間[a,b]上連續(xù),或f(x)是閉區(qū)間[a,b]上的連續(xù)函數(shù). 9 最大值 f(x)是閉區(qū)間[a,b]上的連續(xù)函數(shù),如果對(duì)于任意x∈[a,b],f(x1)≥f(x),那么
4、f(x)在點(diǎn)x1處有最大值f(x1). 10 最小值 f(x)是閉區(qū)間[a,b]上的連續(xù)函數(shù),如果對(duì)于任意x∈[a,b],f(x2)≤f(x),那么f(x)在點(diǎn)x2處有最小值f(x2). 11.最大值最小值定理 如果f(x)是閉區(qū)間[a,b]上的連續(xù)函數(shù),那么f(x)在閉區(qū)間[a,b]上有最大值和最小值. A類例題 例1 (1)等于( ) A.-1 B.0 C.1 D.不能確定 分析 因?yàn)楫?dāng)||<1即a<時(shí),=0, 當(dāng)||>1時(shí),不存在. 當(dāng)=1即a=時(shí),=1 當(dāng)=-1時(shí),也不存在. 答案 D. 例2 已知|a|>|b|,且 (n
5、∈N*),那么a的取值范圍是( ) A.a<-1 B.-1<a<0 C.a>1 D.a>1或-1<a<0 分析 左邊= 右邊= ∵|a|>|b|,∴||<1. ∴()n=0 ∴不等式變?yōu)椋糰,解不等式得a>1或-1<a<0. 答案:D. 說(shuō)明 在數(shù)列極限中,極限qn=0要注意這里|q|<1.這個(gè)極限很重要. 例3 (1). (2) (1)分析 先因式分解法,然后約分代入即得結(jié)果。 解:. (2)分析 分子、分母同除x的最高次冪. 解: 例4 . 分析 進(jìn)行分子有理化. 解:. = 鏈接 有限個(gè)函數(shù)的和(或積)的極限等于這些函數(shù)的和(
6、或積);兩個(gè)(或幾個(gè))函數(shù)的極限至少有一個(gè)不存在時(shí),他們的和、差、積、商的極限不一定不存在. 在求幾個(gè)函數(shù)的和(或積)的極限時(shí),一般要化簡(jiǎn),再求極限.求函數(shù)的極限要掌握幾種基本的方法.①代入法;②因式分解法;③分子、分母同除x的最高次冪;④分子有理化法. 情景再現(xiàn) 1 已知數(shù)列{log2(an-1)}(n∈N*)為等差數(shù)列,且a1=3,a2=5,則 )= ( ) A.2 B. C.1 D. 2 =8,試確定a,b的值. B類習(xí)題 例5 已知下列極限,求a與b. (1) (2) (3) 分析 此題屬于已知x趨向于x0(或無(wú)窮大)時(shí),函數(shù)的極
7、限存在且等于某個(gè)常數(shù),求函數(shù)關(guān)系式的類型.上邊三個(gè)小題都不能簡(jiǎn)單地將x=x0直接代入函數(shù)的解析式中,因?yàn)?1)(2)中的x不趨于確定的常數(shù),(3)雖然趨于1,但將x=1代入函數(shù)關(guān)系式中,分母為零.因此,解決此類問(wèn)題的關(guān)鍵,是先要確定用哪種方法求極限,再將函數(shù)的解析式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖冃?,然后根?jù)所給的條件進(jìn)行分析,進(jìn)而確定a,b的值. 解 (1) 1° 如果1-a≠0, ∵ ∴不存在. 2° 如果 1-a=0, ∵ =-(a+b)=0 即a+b=0 ∴ 解:(2) 要使極限存在1-a2=0. ∴ 即1+2ab=0,a+1≠0. ∴ 解:(3) 當(dāng)x→1時(shí)
8、極限存在,則分子、分母必有公因式x-1. ∴a-b2=-1 ∴原式= ∴ 鏈接 我們求極限的一種方法是分子、分母同除x的最高次冪,但像第(1)題,因?yàn)榉肿拥拇螖?shù)低于分母的次數(shù),如果分子除以x2,則分子極限為0,不符合,所以通分后,應(yīng)除以分子分母中x的較低次冪.并且x的次數(shù)比分子x的最高次冪大的項(xiàng)的系數(shù)應(yīng)該等于0,這樣極限才存在. 例6已知 f(x)=求a,使f(x)存在. 解:要使f(x)存在,則f(x)與f(x)要存在且相等. f(x)= (2x2-3)=2·22-3=5. f(x)= (3x2+a)=3·22+a=12+a. ∴5=12+a.∴a=-7
9、 例7設(shè)函數(shù)f(x)=,在x=0處連續(xù),求a,b的值. 分析:要使f(x)在x=0處連續(xù),就要使f(x)在x=0處的左、右極限存在,并且相等,等于f(x)在x=0處的值a. 解:f(x)=·(-1) f(x)= (2x+1)=2·0+1=1 ∴ 鏈接 這類連續(xù)的題目,關(guān)鍵是求在一點(diǎn)處的左、右極限存在并都等于在這點(diǎn)的函數(shù)值,與函數(shù)在這點(diǎn)的極限存在的方法是相同的 情景再現(xiàn) 3 求下列函數(shù)在X=0處的極限 (1) (2)?。?) 4 求 C類習(xí)題 例8 設(shè)數(shù)列a1,a2,…,an,…的前n項(xiàng)的和Sn和an的關(guān)系是Sn=1-ban-,其中b是與n無(wú)關(guān)的常數(shù),且b≠-
10、1 (1)求an和an-1的關(guān)系式; (2)寫(xiě)出用n和b表示an的表達(dá)式; (3)當(dāng)0<b<1時(shí),求極限Sn 解 (1)an=Sn-Sn-1=-b(an-an-1)- =-b(an-an-1)+ (n≥2) 解得an= (n≥2) 說(shuō)明 歷年高考中多出現(xiàn)的題目是與數(shù)列的通項(xiàng)公式,前n項(xiàng)和Sn等有緊密的聯(lián)系 有時(shí)題目是先依條件確定數(shù)列的通項(xiàng)公式再求極限,或先求出前n項(xiàng)和Sn再求極限,本題考查學(xué)生的綜合能力 解答本題的關(guān)鍵點(diǎn)是分析透題目中的條件間的相互關(guān)系 技巧與方法是 抓住第一步的遞推關(guān)系式,去尋找規(guī)律 例9 已知數(shù)列{an}滿足條件:a1=1
11、,a2=r(r>0)且{an·an+1}是公比為q(q>0)的等比數(shù)列,設(shè)bn=a2n-1+a2n(n=1,2,…) (Ⅰ)求出使不等式anan+1+an+1an+2>an+2an+2(n∈N*)成立的q的取值范圍; (Ⅱ)求bn和,其中Sn=b1+b2+…+bn; (Ⅲ)設(shè)r=219.2-1,q=,求數(shù)列{}的最大項(xiàng)和最小項(xiàng)的值. 解:(Ⅰ)由題意得rqn-1+rqn>rqn+1 由題設(shè)r>0,q>0,故上式q2-q-1<0 所以, 由于q>0,故0<q< (Ⅱ)因?yàn)? 所以=q≠0 b1=1+r≠0,所以{bn}是首項(xiàng)為1+r,公比為q的等比數(shù)列, 從而bn=(1+r)
12、qn-1 當(dāng)q=1時(shí),Sn=n(1+r) 當(dāng)0<q<1時(shí),Sn= 當(dāng)q>1時(shí),Sn= 綜上所述 (Ⅲ)由(Ⅱ)知bn=(1+r)qn-1 從上式可知當(dāng)n-20.2>0時(shí)n≥21(n∈N)時(shí),cn隨n的增大而減小,故 1<cn<c21=1+=2.25 ① 當(dāng)n-20.2<0,即n≤20(n∈N)時(shí),cn也隨著n的增大而減小,故 1>cn>c20=1+ ② 綜合①、②兩式知對(duì)任意的自然數(shù)n有c20≤cn≤c21 故{cn}的最大項(xiàng)c21=2.25,最小項(xiàng)c20=-4. 例10 已知二次函數(shù)的圖象的頂點(diǎn)坐標(biāo)是 (Ⅰ)求的表達(dá)式,并求出f(
13、1)、f(2)的值; (Ⅱ)數(shù)列{an},{bn},若對(duì)任意的實(shí)數(shù)x都滿足, 其中是定義在實(shí)數(shù)R上的一個(gè)函數(shù),求數(shù)列{an},{bn}的通項(xiàng)公式; (Ⅲ)設(shè)圓,若圓Cn與圓Cn+1外切,{rn}是各項(xiàng)都是正 數(shù)的等比數(shù)列,記Sn是前n個(gè)圓的面積之和,求. 解:(I)由已知得 (II) ① ② 由①②得 (III),設(shè)數(shù)列{rn}的公比為q,則 情景再現(xiàn) 5在數(shù)列{an}中,已知a1=,a2=,且數(shù)列{an+1-an}是公比為的等比數(shù)列,數(shù)列{lg(an+1-an}是公
14、差為-1的等差數(shù)列 (1)求數(shù)列{an}的通項(xiàng)公式; (2)Sn=a1+a2+…+an(n≥1),求Sn 6 已知數(shù)列{an}是公差為d的等差數(shù)列,d≠0且a1=0,bn=2 (n∈N*),Sn是{bn}的前n項(xiàng)和,Tn= (n∈N*) (1)求{Tn}的通項(xiàng)公式; (2)當(dāng)d>0時(shí),求Tn 本章習(xí)題 1.已知數(shù)列的值為 ( ) A. B. C.1 D.-2 2.設(shè)數(shù)列的通項(xiàng)公式為,它們的前項(xiàng)和依次為,則( ) 3 =_________ 4 若=1,則ab的值是_________
15、 5. 6. 7. (m,n為自然數(shù)) 8.求 9.計(jì)算(r>0) 10. 已知數(shù)列的前n項(xiàng)和為,且、等差中項(xiàng)為1. ?。?)寫(xiě)出、、; ?。?)猜想的表達(dá)式,并用數(shù)學(xué)歸納法證明; (3)設(shè),求的值. 11. 設(shè)f(x)是x的三次多項(xiàng)式,已知=1,試求的值 (a為非零常數(shù)) 12.已知數(shù)列{an},{bn}都是由正數(shù)組成的等比數(shù)列,公式分別為p、q,其中p>q,且p≠1,q≠1,設(shè)cn=an+bn,Sn為數(shù)列{cn}的前n項(xiàng)和,求的值 參考答案 情景再現(xiàn)答案 1解 由題意得:,求得d=1, 則
16、 又由 所以 = 所以 故選C。 2 解: ∴由題意 3 解:(1) (2)不存在. (3) . 4 5 解 (1)由{an+1-an}是公比為的等比數(shù)列,且a1=,a2=, ∴an+1-an=(a2-a1)()n-1=(-×)()n-1=, ∴an+1=an+ ① 又由數(shù)列{lg(an+1-an)}是公差為-1的等差數(shù)列, 且首項(xiàng)lg(a2-a1)=lg(-×)=-2, ∴其通項(xiàng)lg(an+1-an)=-2+(n-1)(-1)=-(n+1), ∴an+1-an=10-(n+1),即an+1=a
17、n+10-(n+1) ② ①②聯(lián)立解得an=[()n+1-()n+1] (2)Sn= 6 解 (1)an=(n-1)d,bn=2=2(n-1)d Sn=b1+b2+b3+…+bn=20+2d+22d+…+2(n-1)d 由d≠0,2d≠1,∴Sn= ∴Tn= (2)當(dāng)d>0時(shí),2d>1 本章習(xí)題答案 1(C) 2(A) 3 解 答案 4 解 原式= ∴a·b=8 5.解: 6. 解: 7. 解: 當(dāng)n-m>0時(shí),即n>m =0 當(dāng)n-m=0時(shí),即n=m =1 當(dāng)n-m<0時(shí),即n<m 不存在.
18、 ∴當(dāng)n>m時(shí),=0;當(dāng)n=m時(shí),=1; 當(dāng)n<m時(shí),不存在. 8解: 9.解:1° 0<r<1,∵rx=0,∴. 2° r=1,rx=1,∴ 3° r>1,0<<1,∴. ∴ 10 解:(1)依題意:,計(jì)算得 ,, (2)猜想以下用數(shù)學(xué)歸納法證明: 當(dāng)n=1時(shí),,,猜想成立 假設(shè)當(dāng)n=k時(shí),猜想成立,即,則當(dāng)時(shí), ∵ ,兩式相減得 即,∴ ∴ 當(dāng)n=k+1時(shí),猜想也成立,綜上所述,對(duì)時(shí), (3)∵ ,∴ ∴ 11. 解 由于=1,可知,f(2a)=0 ① 同理f(4a)=0 ② 由①②可知f(x)必含有(x-2a)與(x-4a)的因式,由于f(x)是x的三次多項(xiàng)式,故可設(shè)f(x)=A(x-2a)(x-4a)(x-C),這里A、C均為待定的常數(shù), ,即4a2A-2aCA=-1 ③ 同理,由于=1,得A(4a-2a)(4a-C)=1,即8a2A-2aCA=1 ④ 由③④得C=3a,A=,因而f(x)= (x-2a)(x-4a)(x-3a), 12. 由數(shù)列{an}、{bn}都是由正數(shù)組成的等比數(shù)列,知p>0,q>0 當(dāng)p<1時(shí),q<1, - 18 - 用心 愛(ài)心 專心
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