分段函数在微积分教学中的应用举例?

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  【摘 要】分段函数大部分不是初等函数,在分段点处有不同于一般初等函数的分析学讨论方法,在微积分教学中,灵活运用分段函数举例,能加强学生对概念的理解,提高学生综合运用知识的能力。
  【关键词】分段函数;微积分;教学;应用举例
  在函数定义域的不同部分,因变量与自变量之间的对应关系不同的函数,称为分段函数。例如:y=|x|,y=[x],y=sgnx等是常见的比较简单的分段函数,实际生活中快递费用随快递地区及重量区间的改变而改变,个税随着收入的区间不同而有不同的税率等都是常见的分段函数。
  分段函数在分界点左右两侧有不同的定义,在微积分教学中,灵活运用分段函数举例,对理解单侧极限,单侧导数,连续,可导,原函数的存在性,可积性,偏导数,可微性等概念发挥着重要作用。
  下面就分段函数在微积分教学中作用举例说明。
  一、一元函数微积分学
  1.分段函数在分段点处的极限
  从此例看出,讨论分段函数在分段点x0处的连续性,必须满足:函数在x0的某邻域内有定义,函数在x0点的左右极限均存在且相等,在x0点的极限值等于函数值,这三条中其中任何一条不满足,则x0点为函数的间断点。其中,左右极限均存在但不相等的点称跳跃间断点,左右极限存在且相等但不等于函数值的点称可去间断点,左右极限中至少有一个不存在的点称为第二类间断点。
  3.在分段点处的可导性
  函数在某点可导的充要条件:函数在这点的左导数等于右导数。根据导数的定义,导数是函数改变量与自变量改变量比值的极限,所以某点的导数是否存在和函数在这点左右两侧的定义,函数在该点的函数值均有关,还取决于两个增量比的极限。在例2中,补充函数在x=0的定义,令f(0)=1,则函数在x=0点连续。
  从这两个例题看出,二元函数在一点的连续,函数在这点的偏导数可能存在,也可能不存在,这和一元函数导数存在必连续不同;同样,二元函数偏导存在不能保证函数可微,但函数在一点可微,则其偏导必存在,但不一定连续。所以偏导存在是可微的必要条件,偏导存在且连续是可微的充分条件,二元函数的可微性,我们仅得到其必要条件和充分条件,没有像一元函数可导即可微那样的充要条件。
  类似的例子还很多,不再一一列举。从这些例子看出,在微积分教学过程中灵活运用分段函数举例,可增强同学们对概念、定理的理解,提高解决实际问题的能力,起到事半功倍的效果。
  【参考文献】
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  (山东财经大学校级教学研究和教学改革立项项目(Jy201447))
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