一次不定積分概念課教學交流

2021-03-01 曹廣福的數學茶館

       國內無論是面向數學專業的《數學分析》教材還是面向非數學專業的《高等數學》教材在一元函數積分理論部分大多是把定積分安排在不定積分之後,這樣編排的初衷或許是為了後面介紹定積分掃除計算上的障礙,而且定積分理論的換元法與不定積分的換元法也頗有不同。但如果從邏輯順暢與歷史發展線索的角度看,也許將兩者合併更便於處理,當然,正如課堂教學沒有一定之規,教材編寫也沒有一定之規,感覺合情合理便可。

個人覺得,即使將不定積分放在定積分之前講授,也應該說清楚來龍去脈,雖然在後面的定積分部分通過牛頓-萊布尼茲公式也會認識到原函數與定積分的關係,但一個概念是如何產生的,總應該知其所以然的好。這就給不定積分的概念教學帶來了一個兩難的問題,如果把定積分的那套想法拿過來,後面的定積分概念就成了多餘,如果不按那套定積分的思路走,如何說清楚不定積分的來龍去脈還真需要費點周折。這節課嘗試著在不影響後續定積分概念教學的前提下如何說清楚不定積分的來龍去脈。以下是為這節課設計的幾個問題,可惜與同學們第一次合作,彼此都缺少一定的了解,或許問題設計得更明確一點討論的氣氛會更活躍一些,總的說來,同學們的表現還是不錯的,沒引導好的是我這個老師。由於涉及符號與公式,有些直接從PPT拷貝過來,在word文檔裡不太好看。有些符號還看不到了,將就著看意思吧。

一、溫故而知新

問題1導數與微分因什麼而產生?

1、切線問題、光學問題

2、最大、最小值問題

問題2導數的基本思想是什麼?

問題3  伽利略在實驗室拋鐵球是為了測量什麼?

(1)落地時間?

(2)速度?

(3)加速度?

(4)鐵球的高度?

問題5如何求拋物線和與直線所圍圖形的面積?

阿基米德的算法

二、新知並非空中樓閣-讓變化率飛一會

問題7如何將微分的思想運用到問題6的討論?

三、新發現-原函數與不定積分

問題8 通過伽利略的重力加速度,阿基米德的拋物線面積,我們發現了什麼?

問題9原函數唯一嗎?

問題10如果是原函數,F1與F2之間一定只差一個常數嗎?我們只需要找出一個原函數還是需要考慮所有的原函數?為什麼?

通過上面的討論,我們獲得了兩個信息:

1、原函數

2、一個函數的任意兩個原函數之間僅差一個常數,根據問題不同的初始條件,可能需要確定不同的常數,所以,這些常數一個不能少!

問題11把函數f(x)的所有原函數放在一起構成一個集合,如何給這個集合取一個合適的名稱?

從原函數的定義可以看出,求函數的原函數與求微分(導數)是反過來的運算,微分者,化整為零也,它的反義詞自然是積零為整,所以我們把求原函數的過程稱為積分。由於原函數有很多,常數是不確定的,所以把原函數的全體稱為函數f(x)的不定積分,記作

如果已知f(x)的一個原函數F(x), 則

其中C表示任意常數。

問題12根據導數的性質,能猜出不定積分有些什麼性質嗎?這些性質的價值何在?

基本積分公式表與例子略。

 

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