导数在高中数学解题中的有效应用

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  摘要:导数是微积分中的概念之一,体现了函数的局部性质,在现代很多领域均有应用.基于此,本文试分析高中数学函数中导数的应用.作为高中学习的难点之一,函数的抽象性较强,应用导数相关理论可以使学生的学习效果得到提升,也是本文进行相关分析的主要目的.
  关键词:导数 高中数学解题 应用
  导数是高中数学学习的重要内容,它在许多方面的解题中有着广泛的应用,特别是在函数问题的解决中有着重要作用.如果能够熟练掌握导数的概念、性质、定理等,并加以灵活运用,就能在数学解题中起到事半功倍的效果,并能有效提高学生分析和解决数学问题的应用能力.笔者结合高中数学教学实践,对导数解题应用进行了深入探索.
  一、高中数学导数知识的简介
  导数是数学发展的一个里程碑,标志着近代数学的过渡与转型,导数为函数和变量的研究提供了新的手段与方法.通过导数的学习,我们可以体会到其中丰富的思想内容,感受到导数在解决实际问题中的应用意义.在初次接触导数的学习时,很多同学都感到模棱两可,从学习流程来看,在学习导数前,会经历学习数列、数列极限、函数极限三个过程,其与导数之间是息息相关的,为了便于理解,教材从变化率着手,采用“趋于”“趋近于”“无限变小”“无限逼近于”的描述方法类描述极限的过程,可以避免我们出现学习矛盾,帮助我们对导数知识产生深层次的理解,为后续的学习奠定坚实的基础.从导数这一章节的内容来看,包括结构方面,即导数概念与几何意义;求导法则与四则运算;函数单调性与导数关系;函数在某点取极值的充分必要条件;导数在生活中的优化措施.要学好导数,我们需要先把握好导数的概念和思想,逐一突破难点和重点内容.
  二、导数在高中数学解题中的有效应用
  1.函数单调性相关学习中导数的应用.
  单调性是指函数的变化规律是固定单调递增或单调递减的.在有关单调性的理论中,如果导数值小于0,函数变化往往为单调递减;如果导数值等于0,表示此点对应函数的驻点;如果导数值大于0,则函数变化往往为单调递增.函数单调递减的取值随着导数数值的变化而变化,通常是不断变小、以致无穷,这一取值区间被称为递减区间;函数单调递增的取值随着导数数值的變化而变化,通常是不断变大、以致无穷,这一取值区间被称为递增区间.递减区间和递增区间统一称为单调区间.
  2.利用导数求函数极(最)值.
  极值是一个局部概念,每个极值都是相对于该极值点附近而言的,极值的大小关系是不确定的.函数极值的定义适用于任何一个函数,每个函数都可用定义判断极值,函数可以有极值,也可能没有极值.如有极值,可能是一个,也可能是多个.最值不同于极值,它是相对整个定义域区间(包括端点)而言,函数极值不一定是最值,最值也不一定是极值.最值必在下列点中取得:导数为0的点、导数不存在的点或端点.
  3.在高中函数中应用导数知识解决实际问题.
  一般来说,数学知识在现代生活中应用较少,一些需要专业计算的领域往往借助高端设备,因此函数、导数知识的应用通常仅限于理论层面.比如汽车赛道的相关计算,在公路汽车赛、F1方程式汽车赛中,需要了解赛车运行的各类参数,在参数的确定工作中,函数、导数相关知识得到应用.公路汽车赛中,由于所用赛车的动力强劲,零部件磨损十分严重,每隔一段距离需要进行一次赛车零件更换,为求减少更换零件带来的时间消耗,维修点往往设置在赛道上.调查显示,在整个赛车过程中,车辆高速前进的时间达到90%以上,而骤然启停又会带来一定的危险,因此维修点通常在汽车可以缓慢降速的地段,比如直赛道,在具体选择的过程中,就需应用函数和导数相关知识.以汽车运行速度、刹车降速情况作为已经条件,目标点为速度极小值,通过极小值运算,即可得出放置维修点的最佳地点.将赛车的运行近似为一个递减函数,取值区间为汽车最高速度和最低速度,当汽车从高速运行的状态开始减速时,减速点为取值区间的起点,根据降速的情况,可以判断取值区间的终点,也就是维修点的位置.
  函数是高中数学的主线,因此导数与高中数学的融会关系将会更近一步.高中数学是高中课堂极为重要的一门功课,在高考中占据很大的分量.导数作为高中数学的重要知识,不仅蕴含着丰富的数学思想,也是一种简捷而有效的解题工具,对于解决数学问题有极大的帮助,因此,教师必须注重对导数的教学.
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