Методика применения производной к исследованию функций

Методические трудности данной темы. Применение производ­ной к исследованию функций, построению графиков, решению задач на нахождение наибольших и наименьших значений — важ­нейший раздел темы «Производная и ее применения». Материал этой темы используется при изучении многих классов функций: тригонометрических, показательной, логарифмической и др. Он име­ет также очень большое прикладное значение и играет большую роль в установлении межпредметных связей (в особенности с курсом физики).

Заметим, что изучение применения производной к исследованию функций вызывает большие методические трудности, чем введение производной. Они возникают в связи с тем, что здесь сложнее логическая структура материала; в конечном счете основной факт для построения всей необходимой части теории — теорема о том, что непрерывная на отрезке функция принимает на нем наиболь­шее и наименьшее значения,— не входит в рамки школьного кур­са математики в силу большой своей сложности.

Возникает методическая задача отбора необходимого минимума учебного материала, нахождения вариантов доказательств теорем, которые были бы доступны для учащихся, или сообщения идеи доказательства, мотивировок теорем, выбора подкрепляющих при­меров и задач. Сообщаемые учащимся сведения не должны быть в процессе продолжения образования отброшены. Эта необходи­мость сочетания доступности и краткости изложения с отсутствием вульгаризации его и создает значительные методические трудно­сти. Отсюда большое разнообразие подходов к изложению мате­риала.

Различные варианты изложения темы. Рассмотрим некоторые особенности изложения данной темы в различных учебных посо­биях и учебниках. Остановимся сначала на исследовании функции на возрастание и убывание.

В ряде пособий признаки возрастания и убывания функций даются без доказательства. Интересный прием для иллюстрации со­держания как необходимых, так и достаточных условий возраста­ния и убывания функций используется в учебнике Мордковича: рассматривается координата точки, движущейся по оси в положительном направ­лении (функция возрастает) и в отрицательном направлении (функ­ция убывает); скорость истолковывается как производная от коор­динаты по времени; рассматривается связь между знаком произ­водной (скорости) и изменением координаты точки.

В ряде пособий доказательство заменяется геометрической ил­люстрацией, использующей связь между углом наклона касательной и значением производной.

В основном, однако, заметно стремление найти приемы изложе­ния, которые сводили бы недосказанные факты к минимуму. Из этих приемов отметим те, которые основаны на использовании теоремы Лагранжа, принимаемой без доказательства (в ее геомет­рической интерпретации).