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El papel del valor medio teorema (MVT) en el primer año de cálculo

Si el valor medio teorema de ser enseñado en el primer año de cálculo?

La mayoría de los libros de texto de cálculo presentar el MVT justo antes de la sección que dice que si f>0 en un intervalo, a continuación, f aumenta en dicho intervalo. La mayoría de los ejercicios relacionados que los libros de la lista son unos ejemplos relacionado con la necesidad de la hipótesis del teorema (es decir, sólo la comprobación), o que se trata de probar teorías (por ejemplo, las propiedades generales de las funciones, o derivados de las funciones, de las desigualdades, Taylor ...) me puedo imaginar un texto que no requiere el estudiante para entender la lógica de rigor, sino que se les instruye sobre el papel de la MVT en la teoría.

Es un hecho que muchas veces fallamos en hacer que los estudiantes se puedan usar MVT en este tipo de problemas.

Supongamos que estamos considerando la posibilidad de una primera introducción al cálculo para los estudiantes que en su mayoría va a usar en la aplicación, los estudiantes que van a trabajar en la Biología, la Ingeniería, la Química,...

Es posible quitar MVT desde el programa y obtener una coherente exposición de el resto de los resultados y de las técnicas de Cálculo? ¿Cómo eliminar MVT del plan de estudios afectan a los estudiantes de las especialidades de ejemplificado anteriormente (es decir, En qué formas es MVT utilizado en otros estudios que tienen que tomar o que necesitan)? Puede que el papel de la MVT ser sustituida por una más fácil de utilizar y fácil de entender resultado? Hay otros usos (ejercicios) más adecuado para los usos que MVT tiene para los estudiantes de este especialidades?

Nota agrega más adelante: "Franklin" parece haber alterado el significado de la pregunta con sus posteriores modificaciones. Voy a decir más sobre esto pronto.......

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kevtrout Puntos 2774

El propósito de esta respuesta (que yo haría CW incluso si la cuestión no) es recopilar referencias a artículos académicos sobre MVT y su papel en los cursos introductorios de cálculo. La mayoría de estos artículos tienen algo de real contenido matemático: por ejemplo, que hablar de implicaciones lógicas entre las diferentes formas de MVT. Lo cierto es que están escritos por personas que han pensado profundamente y de manera novedosa acerca de este resultado, es decir, por los matemáticos.

K. A. Bush, Apuntes en Clase: En una Aplicación del Valor medio Teorema. Amer. De matemáticas. Mensual 62 (1955), 577--578, MR1529115.

M. R. Spiegel, los Teoremas de Valor medio y la Serie de Taylor. De matemáticas. Mag. 29 (1956), 263--266, MR1570819.

D. Zeitlin, Apuntes en Clase: Una Aplicación del Valor medio Teorema. Amer. De matemáticas. Mensual de 64 (1957), 427, MR1529634.

C. L. Wang, Apuntes en Clase: Prueba del Valor medio Teorema. Amer. De matemáticas. Mensual de 65 años (1958), 362--364, MR1529949.

(En este artículo, la derivación de la MVT del teorema de Rolle por la inclinación de la cabeza se presenta en el horrible analítica detalle.)

J. P. Evans, Apuntes en Clase: Secuencias Generadas por el Uso del Valor medio Teorema. Amer. De matemáticas. Mensual 68 (1961), 365, MR1531194.

L. C. Barrett, Apuntes en Clase: Métodos de prueba de los Teoremas de Valor medio. Amer. De matemáticas. Mensual 69 (1962), 50--52, MR1531511).

L. W. Cohen, siendo la media de la Media Teorema del Valor. Amer. De matemáticas. Mensual 74 (1967), 581-582, MR1534332.

L. Bers, En evitar que el Valor medio Teorema. Amer. De matemáticas. Mensual 74 (1967), 583, MR1534333.

H. Levi, Apuntes en Clase: Integración, Anti-Diferenciación y Conversar al Valor medio Teorema. Amer. De matemáticas. Mensual 74 (1967), 585 586--, MR1534334.

R. P. Boas Jr., Apuntes en Clase: la Regla de Lhospital Sin Decir-el Valor de Teoremas. Amer. De matemáticas. Mensual 76 (1969), 1051--1053, MR1535647.

D. E. Sanderson, Apuntes En Clase: Un Versátil Vector Del Valor Medio Teorema. Amer. De matemáticas. Mensual de 79 (1972), 381--383, MR1536685.

R. P. Boas Jr., Que necesita de la media-valor teoremas de todos modos? Dos Años De Estudios Universitarios De Matemáticas. J. 12 (1981), 178--181.

T. W. Tucker, el Replanteamiento de Rigor en el Cálculo: El Papel del Valor medio Teorema. Amer. De matemáticas. Mensual 104 (1997), 231--240, MR1436045, MAA sitio web.

H. Swann, Comentario sobre el Replanteamiento de Rigor en el Cálculo: El Papel del Valor medio Teorema. Amer. De matemáticas. Mensual 104 (1997), 241--245, MR1436046.

J. J. Koliha, Significa, más malo, y el Mejor Valor medio Teorema. Amer. De matemáticas. Mensual 116 (2009), 356--361, MR2503322, JSTOR.

Esta lista fue hecha de la siguiente manera: primero empecé con los cinco artículos sobre MVT que yo recordaba, sobre todo desde que aparecieron en el Mensual. Entonces hice un MathSciNet de la búsqueda: "en cualquier Lugar=(valor medio teorema)". Esto le da 1589 partidos. Comenzando con los primeros papeles, miré rápidamente a través de los artículos hasta que me cansé. Mi lista contiene todos los artículos que he visto y pensado para ser de relevancia para la cuestión de los cuales fueron publicados antes de 1973. Esto fue alrededor del 25% de la 1589 partidos.

13voto

mreggen Puntos 2940

Creo que tus críticas de cálculo de libros de texto en la marca.

En mi opinión, si usted está enseñando a los estudiantes cómo utilizar el cálculo y no de cómo probar cada afirmación en el tema, no hay ninguna razón de estado o utilizar el Valor medio Teorema. Si usted debe de estado, el visual de "prueba" es el mejor. Algunos dicen que es necesario para derivar el término de error para un polinomio de Taylor, pero en mi opinión, la representación integral del error es mucho más útil y fácilmente deriva del Teorema Fundamental del Cálculo.

(Vagar fuera de tema aquí) El estándar de cálculo del libro de texto es, en mi opinión, un confuso lógicamente inconsistente combinación de riguroso razonamiento y toma en fe afirmaciones. Por ejemplo, un lote de libros de texto de dedicar una gran cantidad de atención a mostrar cómo definir e y la función exponencial de rigor (hasta el punto de que algunos libros de texto es necesario para definir el logaritmo de la primera!). Por otro lado, nunca he visto ningún libro de texto preocuparse acerca de cómo definir los grados y los radianes rigurosamente.

Para elaborar un poco más, muchos de los usos de la MVT:

Existe c[a,b] tal que f(b)f(a)=f(c)(ba)

se puede lograr igual de bien por el teorema fundamental del cálculo:

f(b)f(a)=A(ba),

donde

A=1babaf(t)dt

es el promedio derivado de la f en el intervalo de [a,b].

5voto

Ryan Ahearn Puntos 3829

Me acaban de enseñanza de cálculo para la primera vez, y yo soy de la firme opinión de que en muchos de los cursos de análisis matemático, el valor medio teorema debe tener esencialmente ningún papel. Todas las aplicaciones de esto puede ser explicado de manera intuitiva, sin ninguna referencia a ella, y la apariencia de "rigor" que el uso que proporciona es en gran parte oscurecida por el hecho de que se presenta simplemente como una caja negra sin una prueba de su propio. Es una forma bastante arbitraria principio de que rigurosamente se derivan de los hechos básicos de cálculo, y si vamos a proporcionar completamente pruebas rigurosas de todo, hay otros, más intuitiva pruebas de que no use MVT (normalmente utilizando en su lugar una compacidad argumento, los aspectos técnicos de lo que fácilmente puede ser cepillado a un lado, dejando la idea clave de la prueba de claro).

Dicho esto, esta impresión se basa en mi experiencia con un determinado curso de la cual habló acerca de MVT pero sólo muy brevemente. Me imagino que es apropiado en un curso diferente que era en general mucho más riguroso y que fue a través de Rolle y Teorema de MVT en mayor profundidad.

4voto

Callie Puntos 30

En primer lugar voy a pedir disculpas por necrobumping este hilo después de más de un año, pero, me parece que hay una respuesta sencilla para el OP pregunta que nunca fue abordado directamente.

Los estudiantes están interesados en la existencia y unicidad de las soluciones de las ecuaciones. Les gusta el hecho de que x2=1 no tiene soluciones (en los números reales) sino x2=1 tiene dos soluciones. Les gusta el hecho de que 2x+5y=1 tiene una infinidad de soluciones (en el (x,y)-plano de coordenadas).

Me gustaría preguntar a los estudiantes: ¿cuáles son las soluciones de la ecuación de y=1? El formato de la respuesta debe ser una función de y=f(x). Y, por supuesto, todos ellos pueden venir con infinitamente muchas soluciones diferentes.

Entonces yo les pregunto: ¿hay otras soluciones? Si no, ¿por qué no? Ellos no tienen que estar "interesado" en abstracto de las matemáticas y de las pruebas y el rigor con el fin de apreciar esta pregunta y el interés cuando les muestro el por qué de las funciones x+C son, de hecho, todas las soluciones. Y entonces uno se continúa en las soluciones de ecuaciones como y= cualquier otro de sus funciones favoritas.

Así que sí, MVT puede y debe ser enseñado en el cálculo.

3voto

Leah Puntos 2156

Estoy de acuerdo que hay muchos problemas en los planteamientos que hace en muchos de los cálculos de libros usados, pero no estoy de acuerdo acerca del valor medio teorema (teorema de Lagrange para mí). Es la piedra angular de análisis. Usted probablemente tiene algún tipo de tratamiento en la mente o una lista completa de ellos. Teorema de Lagrange tiene el poder combinado del teorema de Bolzano (continuidad de los reales, por lo que vale la pena) y a la noción de derivada. Si desea pasar global de la información a partir de la derivada de la función, el valor medio teorema es el lugar para ir. Por supuesto, uno tiene que ser claro que el problema es realmente acerca del "cómo" son cosas que se presentan. Después de todo MVT es equivalente a la continuidad de los reales.

Un cambio trivial que yo siempre trato de hacer es un simple cambio en la escritura. En lugar de escribir la ecuación con la derivada aislado en uno de los lados escribir la función aislado (como la de Taylor). También con la definición de derivada. en lugar de escribir la derivada en un lado de la ecuación de la escritura dentro del límite. Que aparentemente no tiene importancia que el cambio tiene como resultado que los estudiantes a entender mejor la conexión entre ellos: generalizar MVT Taylor, derivada de diferencial, uso MVT en la aplicación.

--más añadido después de que el primer comentario---

Oh, eso es cierto. Sin embargo, los dos están relacionados. Por supuesto, la pregunta acerca de la enseñanza no es un bien declarado uno. Eso depende de los objetivos del curso, es decir, qué es lo que quiere que sus alumnos sean capaces de hacer. Una inevitable objetivo en un curso de cálculo es el estudio de funciones interesantes. Hoy en día, esto significa continua y diferenciable de las funciones (aunque una mirada más de cerca a la mayoría de los cursos nos dice que la clase de interés es mucho más estrecho.)

El concepto de derivada parece ser, entonces, necesario, aunque yo apuesto a un buen curso también puede ser planificado con la noción de poder de la serie en lugar de (que parece estar volviendo a los tiempos de antes de Newton-Leibntz pero yo no estoy tan seguro [pregunte a Doron Zeilberger acerca de esto]). Un menor de asfixia enfoque es poner ambos conceptos, de lado a lado. Y MVT es una forma de enlazar los enlaces.

Tengo que decir que la manera en que los programas de evolucionar es tomando los viejos y haciendo pequeñas "mejoras". Es cierto que en el ámbito de básica ordinario curso de cálculo puede omitir MVT sólo de perder la posibilidad de pedir a problemas como el de "demostrar que |sin(x)||x|".

Pero, de nuevo, es un problema de objetivos. También es bueno tener en cuenta que el proceso de aprendizaje obras desde el horizonte de conocimientos. Incluso si los estudiantes al final no puede ni siquiera recordar la declaración o cómo usarlo, que los prepara para un mayor desarrollo. O simplemente recordar, que el trabajo matemático, cómo muchas veces (si no todo el tiempo), usted ha ido a una conferencia en la que usted no entiende una cosa, en la que sólo recuerdo dos o tres nombres al final. Ahora recuerda cómo muchas veces el hecho de saber que ese nombre (o palabra) existe o que está relacionado con algún otro nombre ha abierto un completamente nuevo camino en su investigación. Funciona exactamente de la misma por los estudiantes, incluso a pesar de que no están haciendo la investigación. Digo esto para señalar que la validez de un elemento en un plan de estudios del programa no debe ser juzgada por la capacidad de los estudiantes para realmente llegar a él, sino también por los motivos que crea a construir en la parte superior de la misma. La educación es un proceso que involucra no sólo la enseñanza, sino también la evaluación. Tal vez es mejor mirar cómo MVT es evaluado en su lugar. Si está jugando un papel de un elemento conectivo entonces es malo para evaluar las habilidades de su aplicación (que implican tanto a la comprensión y la habilidad). Cambiar el método de evaluación es una forma menos destructiva que la eliminación del programa. Uff, he escrito demasiado. Si me olvidé de decir algo se los voy a decir más tarde.

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