0772《中学代数研究》2017秋《数学与应用数学》专业(2)

2018-11-22 20:44

本方法应从如下三方面入手:

(一).从较高的数学观点来研究中学代数知识,加深对相关内容的本质理解; 例:为什么复数不能比较大小

在中学里,我们知道两复数相等时当且仅当它们的实部等于实部,虚部等于虚部。如果问:两复数不等时,它们有没有大小关系?

其实,复数之间能建立一种顺序关系,即前后关系,但不能建立大小关系。我们可以将平面上的点“排队”,即按照字典方法将复数排队,两个复数,先比较实部,实部较小的复数排在前面,如果实部相等,再比较虚部,以虚部小的复数排在前面。通过这种方式能将复平面上的点进行排序,由此可知复平面上的点是可以有顺序的。

那么为什么复数不能比较大小呢?要弄清这个问题,必须要弄清什么是大小关系?什么是有序域?在以后的学习中,我们会知道大小关系必须满足两种性质,即加法保序性和乘法保序性,复数集是不能同时满足这两种性质的,从而复数不能比较大小。

在中学代数中,类似以上的例子还有很多,我们只有通过从较高的数学观点出发,才能清楚地理解或回答类似的问题。

(二).用有机联系的观点来研究,丰富对中学代数知识的理解;

数学各知识间具有有机联系性,这不仅表现在“高等数学”与“初等数学”之间,而且在数学知识的各分支中,尤其是“数”与“形”的联系。在以后有关不等式的学习中,我们会突出这一点,即抽象的代数形式一般具有直观的几何图形给予说明和解释。

我们从几何的角度去处理代数知识或反过来,当把这种方法用于教学中时,学生就不会感到代数只是一些抽象而枯燥的符号、公式、命题。这体现了“中学代数教学”的一个基本原则:形式化与直观理解相结合。

(三).适当注意对解题的研究,强化对中学代数知识理解的应用性。

数学学习和教学离不开解题,因此中学代数研究还要注意对解题方法的研究。当然,我们不主张“题海战术”,只是适当注意对数学解题方法的研究而已。

80、进入21世纪之后,我国新颁布的《高中数学课程标准(实验稿)》为什么要把“算法”列入必修课?

答:算法由阿拉伯著名数学家阿尔花拉子米首先定义,其内容包括加法、乘法、减法、除法等。算法是可定义为若干组含义明确的有穷规则,也是对特定问题求解步骤的一种描述,这种描述规定了解决某一特定类型问题的一系列运算。故算法具有五个特征:①有穷性。②确定性。③可行性。④输入。⑤输出。算法具有许多的用途,在解答难易程度的题其算法往往不一,但算法拥有最核心的问题和最基础的知识,如“先乘除,后加减”由内向外去括号,通分母,利用分配律进行运算,运用计算公式等。算法作为一种核心观念贯穿于高中数学教学的始终。故算法在高中课本上具有举足轻重的作用,算法的教学框图技能训练,是具有条理地,清晰的表达算法,也是因为框图已经为编程等也相当重要。算法可以给学生学习带来方便,也可提高学生的逻辑思维能力。故高中数学课程引入“算法”是明智的抉择。

81、请说明为什么复数不能比较大小。

答:复数之间能建立一种顺序关系,即前后关系,但不能建立大小关系。我们可以将平面上的点“排队”,即按照字典方法将复数排队,两个复数,先比较实部,实部较小的复数排在前面,如果实部相等,再比较虚部,以虚部小的复数排在前面。通过这种方式能将复平面上的点进行排序,由此可知复平面上的点是可以有顺序的。

大小关系必须满足两种性质,即加法保序性和乘法保序性,复数集尽管按照字典排序法可构成一个序集,但这个序关系不能同时满足加法保序性和乘法保序性。在这个意义上说,复数不能比较大小。

82、为什么有理数一定可以写成循环小数的形式,反之,任何一个循环小数也可写成有理数的形式?

83、方程的定义是什么?并说出这样定义的好处?

答:目前中学数学教科书通用的方程定义是:含有未知数的等式叫做方程。这个定义用的是

“种+属差”的逻辑定义方式,即“它首先是等式”,再指出它是“含有未知数的”等式。由于它简洁明了,能为大家所认同和接受。

这个定义注重外观的描述,指出方程是通过已知数“求”未知数而产生的 等量关系。但是“种+属差”的定义方式往往只能识别一个对象是不是方程,但是却无法从中获得方程的思想实质。识别不同于认识和理解。打个比方,我们可以通过照片识别一个人的外貌,却无法了解一个人的全部特质以及他的精神世界。

这里我们给出一个可以取代的定义:“方程是为了求未知数,在未知数和已知数之间建立的一种等式关系”。这样定义的好处是:

(1)它揭示了方程这一数学思想方法的目标:为了求未知数;

(2)陈述了“已知数”的存在,解方程需要充分利用已知数和未知数之间的关系; (3)方程的本质是“关系”,而且是一个等式关系。

84、试述“中学代数研究”的研究方法?

答:长期以来,对中学代数的研究存在一种单一的“严格化”倾向,即对中学代数知识用成熟的数学语言系统,逻辑地建立起来,中学代数研究的一个主要目的就是将中学里“不严格的内容”加以严格化。我们并不反对要将中学代数知识严格化、系统化,毕竟这有助于对数学知识有更深入地认识和了解,但是单纯地为严格化而严格化,就失去了中学代数研究的重要目的。正如F.克莱因指出的,我们当然要用较高的观点处理初等数学知识,只有观点越高,事物越显得简单;另外,还要为中学数学教学服务,数学知识的讲授应当顾及到学生的心理,不应只讲究系统。为此,我们认为中学代数研究的基本方法应从如下三方面入手:

(一).从较高的数学观点来研究中学代数知识,加深对相关内容的本质理解; 例:为什么复数不能比较大小

在中学里,我们知道两复数相等时当且仅当它们的实部等于实部,虚部等于虚部。如果

问:两复数不等时,它们有没有大小关系?

其实,复数之间能建立一种顺序关系,即前后关系,但不能建立大小关系。我们可以将平面上的点“排队”,即按照字典方法将复数排队,两个复数,先比较实部,实部较小的复数排在前面,如果实部相等,再比较虚部,以虚部小的复数排在前面。通过这种方式能将复平面上的点进行排序,由此可知复平面上的点是可以有顺序的。

那么为什么复数不能比较大小呢?要弄清这个问题,必须要弄清什么是大小关系?什么是有序域?在以后的学习中,我们会知道大小关系必须满足两种性质,即加法保序性和乘法保序性,复数集是不能同时满足这两种性质的,从而复数不能比较大小。

在中学代数中,类似以上的例子还有很多,我们只有通过从较高的数学观点出发,才能清楚地理解或回答类似的问题。

(二).用有机联系的观点来研究,丰富对中学代数知识的理解;

数学各知识间具有有机联系性,这不仅表现在“高等数学”与“初等数学”之间,而且在数学知识的各分支中,尤其是“数”与“形”的联系。在以后有关不等式的学习中,我们会突出这一点,即抽象的代数形式一般具有直观的几何图形给予说明和解释。

我们从几何的角度去处理代数知识或反过来,当把这种方法用于教学中时,学生就不会感到代数只是一些抽象而枯燥的符号、公式、命题。这体现了“中学代数教学”的一个基本原则:形式化与直观理解相结合。

(三).适当注意对解题的研究,强化对中学代数知识理解的应用性。

数学学习和教学离不开解题,因此中学代数研究还要注意对解题方法的研究。当然,我们不主张“题海战术”,只是适当注意对数学解题方法的研究而已。

85、为什么有理数一定可以写成循环小数的形式,反之,任何一个循环小数也可写成有理数的形式?

答:有理数一定可以写成循环小数:在一般地推公式:f(m?k)?10k?f(m)?(10k?1)modb中,不妨设f(m)?f(m?k),由此得出:b是

(10k?1)(f(m)?1)的约数。我们令b?uv,满足u整除10k?1,v整除f(m)?1前者可以得到整数x满足ux?10k?1,对于后者,先由f(m)?10m?1modb的定义可知,10m?1?rb?f(m),其中r是某个整数,从而两边加1得:10m?rb?f(m)?1,进而由v既整除b,又整除f(m)?1得到v能够整除10m,得知存在另一个整数y满足vy?10m。因此就得到:a11yx1axy?a???a?m?k?m?k,令axy?(10k?1)q?p,0?p<10k?1bvu1010?11010?1aq1p则可以得到:?m?m?k。由此可以知道结果是一个有限小数或循环小数。b101010?1任何一个循环小数可以化成有理数:任取一个无线循环小数q,从开始循环的地方切一刀,rr?r1把前面和后面的部分分开:q?0.(r1r2?rm)(a1a2?ak)(a1a2?ak)??12mm?m?10100.(a1a2?ak)(a1a2?ak)??p?(a1a2?ak)?f?(a1a2?ak)?0.(00?01)(00?01)??满足f?r1r2?rm11(a1a2?ak),因此我们就得到:q???。10k?1,10m10m10k?1这就证明了q是有理数。86、试述函数概念的历史发展,以及说明高中以函数为课程主线的具体体现及要求,并简要阐述函数概念引入的教学策略。

答:1.在函数概念发展史中,先后经历了“变量说”、“对应说”及“关系说”三种不同定义方式的发展过程。

首先,1755年,欧拉对函数作了如下定义:“如果某些变量,以这样一种方式依赖于另一些变量,即当后面这些变量变化时,前面这些变量也随之变化,则前面的变量称为后面变量的函数。”

这是函数的早期定义之一,它比较直观,现在,在初中数学教材就基本采用了这一定义。即一般地,设在一个变化过程中有两个变量x 与y ,如果变量y 随着x 的变化而变化,那么就说x 是自变量,y 是因变量,也称y 是x 的函数。 我们把这一定义,称为函数的“变量说”。

其次,数学家康托尔的集合论出现后,人们开始用集合之间的“对应”来定义函数概念,函数被明确地定义为集合之间的“对应”。

现在,在高中的数学教材中,我们就基本采用了函数的这一定义:

函数的“对应说”定义:设A ,B为非空数集,如果存在一个对应法则f ,对A 中每个元x 按照对应法则f ,在B中有唯一的一个元素y 与之对应,则称这样的对应f 叫做集合A到集合B上的函数,记为 f :A→B。

后来,1914年,法国数学家豪斯道夫用序偶(x ,y )的集合来定义函数,而不用对应一词。

在序偶定义及二元关系的基础上,形成了

函数定义的“关系说”:设X 与Y是两个集合,而f是X与Y笛卡尔积的子集,如果对于每一个x ∈X,有唯一的y ∈Y,使得(x ,y )∈f ,则称关系f 为X 到Y的函数,记作:f :X→Y。

2、函数作为高中数学的一条课程主线,贯穿于整个高中数学课程中。特别是在方程、不等式、线性规划、算法、随机变量等内容中都突出地体现了函数思想。表现在:

(1)函数与方程:

方程可看做函数的局部性质,如何利用函数的整体性质来讨论函数的局部性质?这是解决方程问题的基本思想。 (2)函数与数列:

等差数列是线性函数的离散化,而等比数列是指数函数的离散化。 (3)函数与不等式

用函数的观点来讨论不等式的问题,无论是对于理解函数的思想,还是解不等式的有关问题,都是非常有益的,有助于更好地理解这些知识本身和解决相关问题。 (4)函数与线性规划

解线性规划问题,关键的就是以下三步:第一步,确定目标函数;第二步,确定目标函数的可行域;第三步,确定目标函数在可行域内的最值。 (5)函数与算法

在算法中,最基本和重要的结构之一是循环结构。循环结构是通过给循环变量赋值来实现循环的,用函数来刻画循环变量,可把循环变量看做“运算次数”的函数。 3、在高中函数概念的教学中,我们应当注意以下教学策略:

(1)在函数概念建构之前,通过引发学生的认知冲突,实现认知结构的“顺应”; (2)在建构函数概念时,需要选择适宜的数学原型,利用数学原型归纳概括概念; (3)在剖析函数概念时,将需要关注的问题和关键点融入到具体的问题中,请学生思考;

(4)在巩固函数概念时,提供类型丰富的题目(如表格对应、图形表示对应以及其它集合对应等),根据学生程度,设计有梯度的练习。

87、试述函数概念的历史发展,以及说明高中以函数为课程主线的具体体现及要求,并简要阐述函数概念引入的教学策略。

答:1.在函数概念发展史中,先后经历了“变量说”、“对应说”及“关系说”三种不同定义方式的发展过程。

首先,1755年,欧拉对函数作了如下定义:“如果某些变量,以这样一种方式依赖于另一些变量,即当后面这些变量变化时,前面这些变量也随之变化,则前面的变量称为后面变量的函数。”

这是函数的早期定义之一,它比较直观,现在,在初中数学教材就基本采用了这一定义。即一般地,设在一个变化过程中有两个变量x 与y ,如果变量y 随着x 的变化而变化,那么就说x 是自变量,y 是因变量,也称y 是x 的函数。 我们把这一定义,称为函数的“变量说”。

其次,数学家康托尔的集合论出现后,人们开始用集合之间的“对应”来定义函数概念,函数被明确地定义为集合之间的“对应”。

现在,在高中的数学教材中,我们就基本采用了函数的这一定义:

函数的“对应说”定义:设A ,B为非空数集,如果存在一个对应法则f ,对A 中每个元x 按照对应法则f ,在B中有唯一的一个元素y 与之对应,则称这样的对应f 叫做集合A到集合B上的函数,记为 f :A→B。

后来,1914年,法国数学家豪斯道夫用序偶(x ,y )的集合来定义函数,而不用对应一词。

在序偶定义及二元关系的基础上,形成了

函数定义的“关系说”:设X 与Y是两个集合,而f是X与Y笛卡尔积的子集,如果对于每一个x ∈X,有唯一的y ∈Y,使得(x ,y )∈f ,则称关系f 为X 到Y的函数,记作:f :X→Y。

2、函数作为高中数学的一条课程主线,贯穿于整个高中数学课程中。特别是在方程、不等式、线性规划、算法、随机变量等内容中都突出地体现了函数思想。表现在:

(1)函数与方程:

方程可看做函数的局部性质,如何利用函数的整体性质来讨论函数的局部性质?这是解决方程问题的基本思想。 (2)函数与数列:

等差数列是线性函数的离散化,而等比数列是指数函数的离散化。 (3)函数与不等式

用函数的观点来讨论不等式的问题,无论是对于理解函数的思想,还是解不等式的有关问题,都是非常有益的,有助于更好地理解这些知识本身和解决相关问题。 (4)函数与线性规划

解线性规划问题,关键的就是以下三步:第一步,确定目标函数;第二步,确定目标函数的可行域;第三步,确定目标函数在可行域内的最值。 (5)函数与算法

在算法中,最基本和重要的结构之一是循环结构。循环结构是通过给循环变量赋值来实现循环的,用函数来刻画循环变量,可把循环变量看做“运算次数”的函数。 3、在高中函数概念的教学中,我们应当注意以下教学策略:

(1)在函数概念建构之前,通过引发学生的认知冲突,实现认知结构的“顺应”; (2)在建构函数概念时,需要选择适宜的数学原型,利用数学原型归纳概括概念; (3)在剖析函数概念时,将需要关注的问题和关键点融入到具体的问题中,请学生思考;

(4)在巩固函数概念时,提供类型丰富的题目(如表格对应、图形表示对应以及其它集合对应等),根据学生程度,设计有梯度的练习。

88、什么是数学表达能力?请在算法的教学中举一例说明如何培养学生的数学表达能力


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