泰勒展开与比较函数大小论文

2024-02-07 10:20:22 来源: 作者:liyuan
摘要:本文从高等数学视角出发,以高考数学真题为例,通过把函数展开成泰勒级数,让函数求导变得容易,进而快速判断不同种类函数大小.不仅增加了一种解题方法,也拓宽了学生眼界,让素质教育落在实处.
摘要:本文从高等数学视角出发,以高考数学真题为例,通过把函数展开成泰勒级数,让函数求导变得容易,进而快速判断不同种类函数大小.不仅增加了一种解题方法,也拓宽了学生眼界,让素质教育落在实处.
关键词:函数;导数;泰勒展开
比较数值大小或函数大小是高考数学中的常见题型,通常作为选择压轴题出现,而数值通常可以抽象为某个函数的函数值,因此最终都转化为比较函数大小,解决这类题型的通常做法是作差、求导、判断单调性,从而确定函数差的符号,最终确定函数大小.但在具体问题中,往往没有这么简单,难点是导数符号并不好判断,可能需要求两次甚至三次导数,才能讨论出导数的正负号,过程较为繁琐,学生往往找不到解题思路.如果以高等数学中的泰勒展开为工具,通过放缩比较函数间的大小或是求导通过单调性比较大小,都会变得十分简单,下面通过具体例子来展现泰勒展开的强大威力.
有些函数的泰勒展开各项间是正负交错的,利用放缩法不容易判断符号,但是泰勒展开会使求导变得容易,利用泰勒展开的导数判断单调性也可以比较函数大小,见下面的例2.
泰勒展开可以辅助求导,一阶导数就是一次项系数,二阶导数是二次项系数的2倍,三阶导数是3次项系数的6倍,四阶导数是4次项系数的24倍,在零点附近作泰勒展开,这点的各阶导数由泰勒展开系数决定,这就是泰勒展开决定求导.泰勒展开的优势不是不求导数,而是导数很容易求,由导数的符号逐级反推函数的单调性和正负,最终比较出两个函数的大小,上面的过程还可以进一步简化,见例3.
验证了泰勒展开估计a、b、c大小的正确性,泰勒展开可以指挥求导,从而快速判断函数大小.
以上方法就是把指数函数、对数函数用泰勒展开变成无穷级数,只用加减乘除就能判定函数取值的大小,比导数更容易被中学生掌握,只需背诵几个常用的展开式,威力比导数更强大.高考中能否允许使用泰勒展开?如果是选择题完全不需要担心,因为选择题只看结果不看方法,如果是解答题,担心不让用,也可以在草纸上写出泰勒展开公式,通过泰勒公式指挥求导发现求几次导才不为0,然后胸有成竹地在答题卡上按部就班地写出高考的标准解法.
参考文献:
[1]李尚志.大学视角下的中学数学(泰勒展开)[J].数学通报,2019,58(08):1-5.
