从几何直觉到代数证明
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解析几何发展史解析几何是几何学的一个分支,主要研究几何图形的性质和结构,通过运用代数方法和分析方法来分析和解答几何问题。
解析几何的发展历史可以追溯到古希腊时期,但其真正的发展始于17世纪。
在古希腊几何学中,欧几里德的《几何原本》被视为几何学的基石,其中包含了许多几何定理和证明。
然而,欧几里德几何主要基于直观和直觉,缺乏严格的数学证明。
这一局限性在17世纪得到了克服,解析几何因此得以诞生。
法国数学家笛卡尔是解析几何的奠基人之一。
他在1637年出版的《几何学》一书中,首次将代数和几何相结合,建立了坐标系和坐标表示方法。
笛卡尔利用代数的符号和方程式,将几何问题转化为代数问题,从而实现了几何的解析化。
笛卡尔的贡献不仅在于引入了坐标系,而且还发展了直角坐标系下的几何分析方法。
他将几何问题转化为代数方程,通过对方程进行分析和求解,得出了许多几何图形的性质和结论。
这种代数方法的引入,不仅使几何学变得更加严谨和精确,还为后来的数学家提供了重要的工具和思路。
在笛卡尔之后,解析几何得到了进一步的发展和完善。
牛顿和莱布尼兹的微积分理论为解析几何提供了新的思想和方法。
微积分的引入,使得解析几何成为了研究曲线、曲面和其他复杂几何图形的有力工具。
通过微积分的运算和分析,数学家们能够更加深入地研究几何图形的性质和变化规律。
19世纪的数学家高斯和黎曼等人进一步推动了解析几何的发展。
高斯提出了非欧几何学的概念,打破了欧几里德几何的限制,开创了新的几何学分支。
黎曼则在复变函数理论中引入了黎曼曲面的概念,为解析几何和复变函数的研究提供了重要的理论基础。
20世纪以后,随着计算机的发展和数值计算方法的成熟,解析几何得到了更广泛的应用和发展。
计算机辅助几何设计(CAGD)成为了解析几何的一个重要分支,广泛应用于计算机图形学、工程设计和制造等领域。
通过计算机的高速运算和精确计算,解析几何得以更加深入地研究和应用。
解析几何作为几何学的一个重要分支,通过代数和分析的方法,实现了几何问题的解析化。
高中数学解题直觉思维的培养途径研究【摘要】本文研究了高中数学解题直觉思维的培养途径。
在介绍了研究背景、研究意义和研究目的。
在重点讨论了直觉思维在高中数学解题中的重要性、培养直觉思维的方法、实践案例分析、直觉思维与数学解题能力之间的关系,以及案例分析。
结论部分总结了直觉思维对高中数学解题的促进作用,并展望了未来研究方向。
通过本文的研究,有助于指导高中生合理培养直觉思维,提升数学解题能力,为数学教育提供新的思路和方法。
【关键词】高中数学,直觉思维,解题,培养途径,研究背景,研究意义,研究目的,重要性,方法,实践案例分析,关系,促进作用,总结,展望。
1. 引言1.1 研究背景高中数学解题直觉思维的培养途径研究是当前数学教育领域的一个热点问题。
随着社会的进步和科技的发展,高中数学已经成为普及教育的重点科目,学生对数学的学习和应用需求也日益增加。
传统的数学教学模式往往注重概念和定理的灌输,忽视了学生对数学问题的直觉思维能力的培养。
这种情况导致了很多学生在解题过程中缺乏灵活性和创造性,无法灵活运用所学知识解决实际问题。
研究如何培养高中学生的直觉思维能力,提高他们在数学解题中的应变能力对于促进学生全面发展和提高数学教学质量具有重要意义。
通过深入探讨直觉思维在高中数学解题中的作用,探讨有效的培养直觉思维能力的方法,以及通过实践案例分析和探讨直觉思维与数学解题能力之间的关系来促进高中数学教育的改革和发展。
这也是本研究的背景和动机所在。
部分为200字。
1.2 研究意义高中数学解题直觉思维的培养是一项具有重要意义的研究。
直觉思维在数学解题中起着至关重要的作用,它能够帮助学生快速准确地抓住问题的本质,找到解题的关键点,从而提高解题的效率和准确性。
培养高中学生的直觉思维能力有助于他们在面对复杂问题时能够快速做出正确的决策和判断,提高解题的能力和水平。
通过研究直觉思维在高中数学解题中的应用,可以为教育教学改革提供借鉴和参考,推动数学教育的发展和提高学生的数学学习兴趣和能力。
数学中的几何推理和证明几何学是数学的一个分支,它研究空间、形体、大小和相对位置等概念。
几何推理和证明是几何学的核心内容,其重要性不言而喻。
本篇文章将探讨数学中的几何推理和证明,并介绍一些常见的几何推理方法和证明技巧。
一、几何推理几何推理是指基于已知条件和几何定理,通过推演思维得出新的结论的过程。
在进行几何推理时,我们需要合理运用已知条件和几何定理,进行逻辑推理和思维分析,推导出新的结论。
几何推理可以分为直观推理和形式推理两种方法。
直观推理是基于直接观察和感觉,从事先认识到的几何事实出发,无须明确的推理规则;而形式推理则是基于严格的逻辑体系和演绎规则,通过一系列逻辑推理步骤得出结论。
在几何推理过程中,我们通常可以使用的方法包括借助图形、运用三角相似关系、利用比例关系和运用平行线等。
这些方法可以帮助我们更好地理解题目的要求,找到合适的解题思路,并最终得出正确的结论。
二、几何证明几何证明是指通过推理和演绎的方法,用严密的数学语言和逻辑来证明几何命题的正确性。
几何证明的过程需要严谨的逻辑推理和丰富的几何知识。
在几何证明中,常用的证明方法包括直接证明、间接证明和数学归纳法。
直接证明是通过逻辑推理和几何定理将结论从已知条件中一步步推导出来;间接证明是通过反证法,假设结论不成立,推导出与已知条件矛盾的结论,从而证明原命题成立;而数学归纳法是通过证明命题在某个基本情况下成立,以及在某个情况下成立可推出下一个情况成立,从而证明命题对所有情况成立。
几何证明的过程需要严谨的逻辑思维和良好的几何直觉。
在进行几何证明时,我们还需要注意证明的连贯性和完整性,确保每一步的推理都得当且合理。
三、常见的几何推理和证明技巧1. 利用图形性质:通常我们可以通过观察图形的特点、对称性、相似性等性质,找到解题的线索和思路。
2. 运用几何定理:几何学有许多定理和性质,我们可以灵活应用这些定理和性质,以推导出新的结论。
3. 利用三角相似关系:通过发现图形中的三角形相似性质,可以运用比例关系来推导出结论。
几何证明七种证明方法1. 直接证明法直接证明法是几何证明中最基本的证明方法。
它是指通过已知命题的前提条件,推导出结论的证明过程。
这种方法常用于证明角度、线段、三角形及其性质等基本几何命题。
证明一个角等于另一个角时,可以使用直接证明法。
首先给定已知角,再通过几何定理或性质,推导出待证角等于已知角的过程,从而证明结论。
2. 反证法反证法是指假设命题的反命题为真,然后推导出与已知条件矛盾的结果,从而推翻假设,证明原命题为真的一种证明方法。
证明一个三角形为等腰三角形时,可以使用反证法。
假设这个三角形不是等腰三角形,那么它就不满足等腰三角形的性质,从而导致推导出与已知条件矛盾的结果,于是得出结论,该三角形是等腰三角形。
3. 归纳法归纳法是建立在归纳推理基础上的证明方法。
它是指通过证明某些基础情况成立,并证明当基础情况成立时,下一步情况也成立的方式,推导出全部情况都成立的结论。
证明一个多边形的内角和公式对于任意的n边形都成立时,可以使用归纳法。
先证明n=3时公式成立,再证明当n=k时公式成立,则根据归纳法可以得出,对于任意的n边形,公式都成立。
4. 数学归纳法数学归纳法是一种比普通归纳法更为严谨的证明方法。
它要求在归纳推理基础上,必须满足以下两个条件:(1)基础情况:证明当n等于某个正整数时,结论成立。
(2)归纳步骤:证明若当n等于k时结论成立,则当n等于k+1时结论也成立。
证明若干正整数的和大于等于它们的积时,可以使用数学归纳法。
首先证明当n=2时结论成立,即a1+a2>=2a1a2。
然后假设当n=k时结论成立,即a1+a2+...+ak>=ka1a2...ak。
再证明当n=k+1时结论也成立,即a1+a2+...+ak+ak+1>=(k+1)a1a2...akak+1,即得证。
5. 可逆推理法可逆推理法是一种利用“等价命题”的方法推导出结论的证明方法。
它是指若命题A等价于命题B,则命题B成立时命题A也成立。
2023年11月下半月㊀教学导航㊀㊀㊀㊀面向几何直观的代数推理以初中学段函数作图内容为例◉陕西师范大学数学与统计学院㊀黄邵宏㊀王光生㊀㊀摘要:函数问题源于生活而高于生活.初中数学学习过程中,依据函数解析式作函数图象于学生而言比较吃力.从知识逻辑顺序的角度,根据函数解析式对函数图象所处象限㊁变化趋势㊁对称性及函数图象与坐标轴的交点等方面进行简单的代数推理,猜出函数图象,提前获得函数图象几何上的直观,帮助学生更高效作出函数图象,积累函数作图经验.本研究中例说对正比例函数㊁一次函数㊁反比例函数㊁二次函数解析式进行代数推理的过程及其优越性,在一定程度上契合知识学习的顺序,供教师教学参考.关键词:代数推理;几何直观;函数作图1问题提出核心素养具有整体性㊁一致性和阶段性,在不同阶段具有不同的表现.«义务教育数学课程标准(2022年版)»提出了初中阶段数学核心素养的九种表现形式,其中包含几何直观和推理能力.数学核心素养之间是密不可分㊁相辅相成的,几何直观和推理能力亦然.直觉与逻辑的完美结合是数学发展与学生思维发展的根本之道,应该追寻直觉背后的逻辑与引领逻辑的直觉.在培养学生几何直观素养的同时,也要注重学生逻辑推理素养的协同发展,更需要挖掘二者之间的联系,以促进学生思维的发展.代数推理是逻辑推理素养的重要组成部分,几何直观同样也是直观想象的关键部分.由于初中学段尚未提出核心素养的概念,本研究聚焦代数推理和几何直观.为此,培养学生关键能力,厘清二者之间的脉络至关重要.本研究从初中学段函数内容出发,例说代数推理对几何直观的促进作用,把几何直观视为代数推理的起点之一.函数是中学数学课程内容的主线之一,也是学习的关键.依据初中数学学习的知识序,学生先学习函数的解析式,再利用列表㊁描点㊁连线三部曲,作出函数的图象.由此,引发一些思考:(1)这种作图方法针对简单的一次函数尚可,对于更深层次的反比例函数㊁二次函数等如何恰当列表(2)为何有的函数图象是直线,有的函数图象是曲线,有的函数图象只是一些点?(3)反比例函数㊁二次函数描点以后,为何使用光滑的曲线而非折线来连接?如果能够先对函数解析式进行简单的代数推理,猜出函数的大致图象,就能恰当把握好列表㊁描点㊁连线的过程,进而得到精准的函数图象,同时对后续高中㊁大学学段函数模块学习提供很大的帮助.2案例展示2.1正比例函数图象的教学 猜图象已知正比例函数解析为y=k x(kʂ0),不妨设k>0,此时可取y=2x.表1㊀y=2x的简单代数推理y=2x当x=0时,y=0⇒图象过坐标原点(0,0)当x>0时,y>0⇒图象经过第一象限当x<0时,y<0⇒图象经过第三象限x增大,y增大⇒图象从左往右上升yx=2(xʂ0)⇒图象均匀变化,为一条直线图1㊀㊀根据表1中的推理,猜出函数y=2x的图象如图1所示.作函数y=2x图象的启示:通过对解析式y=2x进行简单的代数推理,学生猜出y=2x的图象,经历直观感受,列表时会聚焦坐标原点,向正负半轴取点,满足列表的需求;这些点分布在第一㊁第三象限,保证了描点的精确性;明确图象是一条直线,连线时可落笔出图.代数推理使得数学教学更具有流畅性,而教学的流畅性能使得学生具备良好的数学学习心理准备状态,从而更加轻松完成数学学习过程.此外,还可让学生自主完成k<0时猜图象的过程,实现代数推理对几何直观的辅助作用.2.2一次函数图象的教学 猜图象已知一次函数解析为y=k x+b(kʂ0),不妨设k>0,b>0,此时可取y=2x+3.52教学导航2023年11月下半月㊀㊀㊀表2㊀y =2x +3的简单代数推理y =2x +3当x =0时,y =3⇒图象过点(0,3)当y =0时,x =-32,图象经过点(-32,0)当x >0时,y >0⇒图象经过第一象限当x <0时,y 可正可负⇒图象经过第二㊁第三象限x 增大,y 增大⇒图象从左往右上升可由y =2x 图象向上平移3个单位⇒图象是直线图2㊀㊀根据表2中的推理,猜出函数y =3x +3的图象如图2所示.作函数y =2x +3图象的启示:通过对解析式y =2x +3进行简单的代数推理,学生猜出y =2x +3的图象,对其有了直观的认识.由代数推理猜出函数图象过两定点,不难发现(0,3)是一个整点,可以据此作为列表的基调;同时,函数经过第一㊁第二㊁第三象限,说明需要围绕点(0,3)向左和向右取点,列表水到渠成;两点㊁三象限限制落点的范围,函数图象大棋盘井然有序,接着顺次把点连,函数图象笔下生.对于水平较高的学生,依据一次函数图象可由正比例函数图象平移得到,明确其图象为一条直线,再结合两点确定一条直线,可直接得到一次函数图象.经验重构 心理水平是后天学习活动的过程性结果,是长期 做数学 和 用数学 的经验缓存和补偿.从某种意义上来说,猜函数图象为这部分学生提供了经验重构系统,实现了经验重构,从而找到作一次函数图象的便捷方法;亦可改变k ,b 的正负,让学生自主完成知识的迁移,猜出其他类型一次函数的图象,进而更流畅地作出一次函数的图象.2.3反比例函数的教学猜图象已知反比例函数的解析式为y =k x(k ʂ0),不妨设k >0,可取y =2x.表3㊀y =2x的简单代数推理y =2xx ʂ0⇒图象与y 轴没有交点y ʂ0⇒图象与x 轴没有交点k =2>0,x y >0⇒图象经过第一㊁第三象限x (x >0)越大,y 越小⇒图象向右越来越接近x 轴x (x >0)越接近0,y 越大⇒图象向上越来越接近y 轴x 取相反数,y 也取相反数⇒图象关于原点对称x 与y 可以交换位置⇒图象关于第一㊁第三象限的角平分线y =x 对称图3㊀㊀根据表3中的推理,猜出函数y =2x的图象如图3所示.作函数y =2x图象的启示:对于新授课的学生而言,反比例函数的图象是复杂的㊁陌生的.刘海兵受授课教师的启发,把由式想形到取点画图看成研究函数图象的 序 ,跟猜函数图象的想法不谋而合,但他并未阐述具体的猜法.通过猜函数y =2x的图象,可以直观看出其图象位于第一㊁第三象限,与坐标轴不相交,等等.这给学生提示:(1)函数图象在原点是间断的;(2)列表分两步,可以先列x 轴正半轴部分,再列负半轴部分;(3)图象越来越接近x 轴和y 轴,说明函数图象是非均匀变化的,应为曲线而非折线;(4)图象关于原点和直线y =x 对称,使学生在描点和连线时更加流畅,同时水平稍高的学生可由第一象限的图象对称得到第三象限的函数图象.由此可见,猜函数图象让学生由式想形,亦可迁移完成k <0时的代数推理,突破了对反比例函数图象的认知障碍,可高效完成反比例函数图象的绘制.2.4二次函数的教学猜图象初中数学二次函数图象的学习始于函数y =x 2,在作函数图象之前,先对y =x 2进行简单的推理.表4㊀y =x 2的简单代数推理y =x 2当x =0时,y =0⇒图象过坐标原点(0,0)由x 2ȡ0,y ȡ0⇒图象经过一㊁二象限和坐标原点x (x >0)越大,y 越大⇒第一象限图象非均匀上升x (x <0)越大,y 越小⇒第一象限图象非均匀下降x 取相反数,y 不变⇒图象关于y 轴对称图4㊀㊀根据表4中的推理,猜出函数y =x 2的图象如图4所示.作函数y =x 2图象的启示:对于刚接触二次函数的学生来说,二次函数是个函数与一元二次方程结合的 怪物 ,猜函数的图象让学生提前窥探其真面目.经过对解析式y =x 2进行简单的代数推理,学生猜出y =x 2的图象,对其具有直观感受,提供简易作图支持系统:(1)列表时聚焦坐标原点,向正负半轴取点,干净622023年11月下半月㊀教学导航㊀㊀㊀㊀利落;(2)点分布在第一㊁第三象限,描点心中有数;(3)心中非均匀,笔下曲线连.y 轴对称可取巧,先画半轴再翻折.不难看出,猜出函数y =x 2的图象,揭开了二次函数的神秘面纱,从而就能较为轻松作出二次函数的图象.结合平移知识,亦可让学生猜出函数y =a x 2+b x +c (a >0)的图象,体现代数推理对于几何直观的辅助功能.3根据代数推理猜函数图象的过程根据函数解析式进行代数推理猜函数图象的过程如图5所示.图54总结与反思4.1凸显解析式推理的魅力根据解析式进行代数推理的魅力如图6所示.图64.2积累由数想形的基本活动经验郭玉峰㊁张芳的研究表明,归纳概括㊁类比推广㊁数学表达㊁证明是数学基本活动经验的4个关键因素,是学生数学创新能力培养的关键.通过解析式的简单代数推理猜出函数图象这一过程蕴含归纳㊁数学表达的基本活动经验.在学习了正比例函数图象后,学生已经具备了归纳和数学表达的能力.而正比例函数㊁一次函数㊁反比例函数㊁二次函数属于同类知识,猜函数图象本质上是一致的,因此可以进行类比推广,提高学习效率,参见表5.表5㊀猜函数图象情况一览表知识名称图象知识思维学习时长正比例函数0a t 1一次函数0b t 2反比例函数0c t 3二次函数0dt 4㊀㊀从表5中不难发现,学习新函数时,学生对函数图象是陌生的,图象知识为0.同类知识学习过程中思维排序为a <b <c <d ,由此可见正比例函数㊁一次函数㊁反比例函数㊁二次函数的思维是累积的㊁螺旋式上升的;与此同时,仅对于猜函数图象的过程,学习时长的排序为t 1>t 2>t 3>t 4,经验的积累㊁思维的提升使得学习的时长不断降低,契合大单元教学的模式和理念.4.3领会数形结合的基本数学思想始于千古第一大定理 勾股定理,感悟几何与代数结合的美,至此数形结合不仅作为解决数学问题的工具,更被提炼成一种数学思想.函数可以视为数形结合的代名词,但仅仅把函数解析式与三部曲图象的联系视为数形结合远远不够,数形结合不是单行线,其过程是生生不息㊁循环往复的.如图6,通过代数推理,由数猜形,由推理结果确定列表㊁描点㊁连线的过程是由形写数,再通过三部曲作出函数图象是由数定形,最后通过函数图象验证函数解析式是由形验数.只有经历循环往复的数形转化才能从真正意义上领会数形结合思想,内化于心,外化于行.4.4把握函数内容的整体性数学整体性教学的要求是: 数学知识的教学,要注重知识的 生长点 与 延伸点 ,把每堂课教学的知识置于整体知识的体系中,注重知识的结构和体系,处理好局部知识与整体知识的关系,引导学生感受数学的整体性,体会对于某些数学知识可以从不同的角度加以分析㊁从不同层次进行理解. 根据函数解析式,进行简单的代数推理猜出函数图象这一过程,由数猜形,再由形验数,对于函数内容的学习具有普适性.从一次函数到反比例函数㊁二次函数,再到高中㊁大学学段的函数学习均有重要的作用,表明函数内容是一个有机整体,不可分割.每一类函数图象猜的过程核心都不变,但猜的结果不尽相同,正体现了知识的 生长点 与 延伸点 .因此,教师在教学中引导学生猜函数图象的活动,把握住了整体教学观,站在了教学的高起点,有助于学生建立良好的认知结构.Z72。
几何与代数的证明作为数学的两个重要分支,几何和代数在解决问题和证明定理时有着密切的联系。
几何主要研究空间中的形状、大小、位置等概念,而代数则关注数与符号之间的关系和运算。
本文将探讨几何与代数之间的证明方法,并分别以几何证明和代数证明为例进行详细说明。
一、几何证明几何证明是通过运用几何学的基本定理、公理和推理方法来证明几何问题。
下面以证明平行线性质为例进行说明。
定理:若两条直线与一条横截线形成内错角,则这两条直线平行。
证明:设直线l1与直线l2与横截线m形成内错角∠α和∠β。
根据内错角性质可知,α+β=180°。
为了证明l1与l2平行,我们需要证明∠α与∠β的对应角相等。
因为l1与m相交,所以有两个内角∠1和∠2与∠α相对,根据同位角性质可知∠1=∠α。
同理,l2与m相交时也有两个内角∠3和∠4与∠β相对,根据同位角性质可知∠3=∠β。
由于∠1=∠α,∠3=∠β,所以我们可以得出∠1=∠3。
由此可证明∠α和∠β的对应角相等,即∠α=∠β。
根据等角对应定理可知,若两个对应角相等,则这两条直线l1和l2平行。
以上便是通过几何证明方法证明平行线性质的过程。
在几何证明中,我们通过观察图形、构造辅助线、利用基本定理和推理等方法,来推出结论并证明定理的正确性。
二、代数证明代数证明是通过代数运算和方程等手段来证明数学问题。
下面以证明平方差公式为例进行说明。
定理:对于任意实数a和b,有(a+b)(a-b)=a^2-b^2。
证明:我们可以采用代数的方法证明平方差公式。
首先展开左边的表达式(a+b)(a-b),得到a^2-ab+ab-b^2。
再根据加法结合律和加法逆元的性质,可以将中间的ab和-b^2合并得到a^2-b^2。
因此,左边等于右边,即(a+b)(a-b)=a^2-b^2。
通过代数运算和运用等式的性质,我们可以证明平方差公式的正确性。
代数证明的过程中,我们经常运用数学定律和运算法则,通过逻辑推理将给定的问题归结为已知的数学结论。
数学学习的探索之旅从几何到代数的跨学科学习数学作为一门古老而又深奥的学科,一直以来都是许多学生非常头疼的科目之一。
然而,如果我们以探索的心态来学习数学,将其视为一次跨学科的学习之旅,那么对于我们的数学学习将会产生巨大的影响。
其中,几何和代数作为数学中的两大分支,在这个探索之旅中扮演着重要的角色。
首先,我们来看一下几何学习对于我们的数学发展的重要性。
在几何学习中,我们将直线、平面和体块抽象成为几何图形,通过观察它们的性质和关系来进行研究。
几何学习能够培养我们的空间想象力和几何直觉,这在日常生活中具有广泛的应用。
例如,在规划城市建设过程中,几何学的知识可以帮助我们合理安排建筑的位置和形状,以提高城市的美观性和实用性。
而在科学研究中,几何学的相关知识则可以帮助我们分析和解释物质的结构和形态,为科学家们提供有力的理论支持。
接下来,我们转向代数学习的重要性。
代数学习可以帮助我们发展抽象思维和逻辑推理能力,掌握符号运算的规则和方法。
代数学习的核心是建立方程和不等式来描述关系,通过解方程和不等式,我们可以找到问题的解答。
代数学习是数学中的一门精妙而有深度的领域,它在科学研究和技术发展中扮演着不可替代的角色。
比如,在物理学中,运动方程的建立和求解便离不开代数学的应用;在工程领域中,电路的分析和控制同样需要代数学的工具和方法。
几何学和代数学作为数学的两个重要分支,它们之间存在着千丝万缕的联系。
几何学的基本对象是图形,而代数学则更加注重图形背后的运算和规律。
这两个分支相互借鉴、相互促进,构成了数学学习中不可或缺的组成部分。
在数学学习的过程中,我们可以通过将几何和代数结合起来进行跨学科的探索。
例如,在解决几何问题时,我们可以引入代数的思想和方法,通过建立方程或者使用向量的方法来求解。
这样不仅可以提高问题解决的效率,还能够深入理解几何图形的性质和特点。
除此之外,我们还可以在实际生活中找到许多几何和代数的应用。
比如,我们可以通过几何的方法来解决测量问题,如测量房间的面积、计算物体的体积等等;而代数学的应用则可以帮助我们解决各种各样的计算问题,如计算购物时的折扣、计算银行存款的利息等等。
提高学生的几何证明能力几何证明是数学学科中的一个重要组成部分,在培养学生的逻辑思维能力、创造力以及解决实际问题的能力方面起到了至关重要的作用。
然而,许多学生在面对几何证明时感到困惑和无从下手。
本文将探讨一些方法和策略,以帮助学生提高他们的几何证明能力。
一、理解基本概念要想在几何证明方面有所突破,学生首先要对基本概念有充分的理解。
例如,学生应当熟悉平行线、垂直线、角度、三角形和圆等基本概念,并且了解它们之间的关系。
只有建立起牢固的基础,学生才能更好地理解并运用这些概念来进行证明。
二、培养几何直觉几何证明中,学生需要通过观察和直觉来发现问题的规律和解决方法。
因此,培养学生的几何直觉非常重要。
教师可以通过引导学生进行几何问题的探究,尤其是通过观察图形、推理推断和解决问题,来培养学生的几何直觉。
此外,学生可以练习一些与几何直觉相关的题目,如形状变换、图形分解和重组等,在实践中培养他们的洞察力和感知能力。
三、掌握证明方法和技巧几何证明是一种逻辑推理的过程,学生需要掌握一些常见的证明方法和技巧。
首先,学生应当熟悉直角三角形和相似三角形的性质,这些性质在许多几何证明中经常被使用。
其次,学生需要了解几何证明中常见的证明方法,如归谬法、数学归纳法和反证法等,并且能够熟练地运用这些方法。
最后,学生还应当掌握一些常见的几何证明技巧,如假设法、比较法和构造法等,以便在面对不同类型的几何问题时能够灵活应用。
四、进行实践和应用几何证明是一项需要实践和应用的技能,学生需要不断地进行练习和实践,以提高他们的几何证明能力。
教师可以组织一些丰富多样的练习题目,并提供详细的解题思路和步骤,引导学生进行自主学习和实践。
此外,学生还可以参加一些几何竞赛或者解决一些实际问题,来提高他们的应用能力和解决问题的能力。
总结:提高学生的几何证明能力需要从基本概念的理解、几何直觉的培养、证明方法和技巧的掌握,以及实践和应用的角度进行综合提升。
通过学生的课堂学习、实践操作以及参加相关竞赛等多种途径,可以帮助学生提高几何证明能力,从而更好地应对数学学科中的几何问题。
初三数学教学中的几何推理与证明方法探究引言:在初中数学的课堂上,几何是一个重要的内容。
而其中的几何推理与证明方法更是需要我们去关注和探究。
本文将针对初三数学教学中的几何推理与证明方法进行深入分析和实践探讨。
一、几何推理方法1. 直觉法在解决某个问题时,可能会通过直观感受或简单思考得出结论。
这种直觉法常用于一些简单且易于理解的图形特征分析,可以作为其他详细推导及论证过程之前的开展。
例如,在矩形ABCD中,若AD=BC,则该矩形一定是正方形。
2. 反设法反设法也叫反设否定法,它通过先假设其逆否命题成立从而导致结果悖论来间接地推求原命题成立。
比如,已知:如果两角互补,则这两个角必有一个锐角一个钝角;那么基于反设法:若两个角不属于上述范围,则这两个角就不能互补。
3. 数量关系变化法利用数量关系进行变化操作以测定未知量,并加以论证。
例如,某几何图形的一边长度已知,需要求另一边的长度。
可以通过变化其中一个角度或者长度并观察对应的变量关系来得到结论。
二、几何证明方法1. 直接证明法通过利用已有条件及定理直接推导出问题目标。
以“给定两条相等线段,那么这两条线段是平行的”为例,根据定义和同位角性质可以直接进行推导和证明。
2. 间接证明法先假设所要证明的命题不成立,并引出矛盾来推求它成立。
比如,在六经图中找到重心G后判断是否共线时,我们可以采用反设法进行间接推导与论证。
3. 数学归纳法针对集合中所有情况逐个验证或只验证部分情况而得到普遍结论。
例如,“当n=1时, 等腰三角形必定存在”,之后再检验其他值时是否也适用于该规律。
三、实践应用举例在初三数学教学中,我们可以通过以下实际示例来探究几何推理与证明方法:1. 结合实际生活应用:以计算身高为例,在身高测量过程中使用齐次相似原理,通过推理和计算得出结果。
同时可以利用直觉法去判断身高与体重的关系是否成正比。
2. 概率与统计问题:以色子点数概率为例,在进行一定次数投掷后,通过归纳总结可以得到色子各面点数的分布规律。
几何直观在初中数学教学中的运用策略探究 几何直观 在初中数学教学中的运用策略探究胡志娟(山东省滨州经济技术开发区第一中学,㊀山东㊀滨州㊀256600)ʌ摘要ɔ 几何直观 是数学教学中不可或缺的部分,特别是在初中阶段,它涉及对数学对象和概念的形象㊁直观的认识,对增强学生学习兴趣㊁帮助学生深入理解几何概念㊁培养学生数学直觉㊁提高学生创新能力有着重要作用.文章重点探究了在初中数学教学中运用 几何直观 的策略,首先强化视觉化教学工具的应用,帮助学生形成清晰㊁具体的数学概念图像,其次建立直观与符号之间的桥梁,使学生能够加深对数学知识的理解,以及培养学生的空间思维能力,提高学生解题能力和效率,最后引入实际生活应用场景,增强学生学习过程的实践性和趣味性,旨在提高初中数学教学效率,帮助学生建立起对几何概念深入㊁直观的理解.ʌ关键词ɔ 几何直观 ;初中数学;教学运用引 言在当前的初中数学教学实践中, 几何直观 的概念逐渐为更多教师所重视.传统教学常常强调记忆和应用公式㊁定理,这种方式往往忽视了数学思维的培养,而 几何直观 强调通过直观的方式,使学生在具体的图形㊁符号中感知和理解数学抽象概念,因此,深入探索 几何直观 在初中数学教学中的运用,不仅是提升教学质量的需求,也是适应当代教育发展的趋势.一㊁初中数学 几何直观 概述几何直观 是对几何形状㊁空间和图形直接㊁感性的认识和理解,它超越了纯文字和抽象的描述,直接触及学生的感知,让学生可以 看到 和 感受 到数学. 几何直观 不仅仅是感性㊁形象的认识,更是连接抽象与具体㊁感性与理性的桥梁.初中生往往处于从具体到抽象的过渡阶段,对他们来说,直观的几何图形和模型不仅有助于理解抽象的数学概念,还能帮助其构建起对这些概念的直观认知.二㊁ 几何直观 在初中数学教学中的重要意义(一)增强学生学习兴趣初中数学教学中, 几何直观 以其形象㊁生动地教学内容为学生提供了一个全新的视角,让学生能够更加直观和形象地理解数学概念.而且, 几何直观 并不仅仅是一种展示手段,它强调的是参与和互动.学生在这种环境中不再是被动的听众,而是变成了主动学习的参与者,并通过动手操作㊁实验和探索体验数学的魅力,增强学习兴趣和动力.(二)促进学生深度理解几何直观 作为一种视觉教学工具,直接触及了人类的视觉认知能力.通过 几何直观 ,复杂的数学概念得以形象化,从而使得这些概念更易于被学生理解,这种形象化的展现方式有助于学生更快地抓住数学概念的核心,进而深度理解,帮助学生建立数学概念之间的联系.数学不是孤立的㊁概念的堆砌,而是一个完整的体系,各个概念之间都存在着内在联系. 几何直观 为学生提供了一个直观的平台,使学生能够在这个平台上看到并理解这些概念之间的联系,有助于学生建立一个完整㊁有序的数学知识体系.(三)培养学生数学直觉在教学过程中, 几何直观 不仅为学生提供了一种更具视觉吸引力的数学表示方法,而且在潜移默化中培养了学生的数学直觉.这种直觉对于学生的数学学习和实践尤为关键,它能够让学生在面对问题时更加敏锐地捕捉到核心,而不是单纯机械地应用公式.数学直觉是一种对数学对象和结构的内在感知,这种感知不完全是基于逻辑推理的,而是一种对数学真理的直接领悟. 几何直观 正是通过将抽象的数学概念转化为具体的㊁可视的形式,帮助学生形成这种直觉,当学生能够通过 几何直观 感知数学对象时,他们的大脑会更容易地捕捉到这些对象之间的关系和性质.这种对数学概念的直观理解,使学生能够更自然地对待数学,而不是将数学看作一系列难以理解的抽象符号.56(四)提高学生创新能力几何直观 强调形象化的思考,使学生能够自主构建起清晰㊁有层次的图像,这种图像化的思考方式有助于学生更好地理解和掌握复杂的概念,为创新思路提供了坚实的基础.面对数学问题时,通过 几何直观 ,学生可以从空间㊁形状㊁位置等多个维度来理解和分析,这种多角度的思考方式使学生能够更加深入㊁全面地掌握问题的实质,不仅有助于学生提高解题的效率和准确性,还为学生提供了一个新的㊁有创意的思考角度,使学生在面对复杂㊁难以解决的问题时,仍然能够坚持探索,寻找新的㊁有创意的解决方法.三㊁ 几何直观 在初中数学教学中的运用策略(一)强化视觉化教学工具应用在初中数学教学中,视觉化教学工具已经被证明是加强学生对数学概念理解的有效工具,能够通过直观地表示复杂的数学思想,使抽象的概念变得更加具体和生动.动态几何软件,如GeoGebra,提供了一个交互式的环境,使学生能够探索和修改几何图形.教师利用这种软件设计各种活动,让学生观察图形变化时数学性质的变化,从而更深入地理解几何概念.对于某些复杂的数学问题,通过模拟不同的参数或变量,学生可以观察结果的变化,并从中获得深入的认识.另外,现代的互动式白板技术允许教师和学生共同在屏幕上创建和修改数学图形,其优势在于它支持实时的反馈和互动,使教学过程变得更加生动和直观.以教学 二次函数 为例,教师可以首先利用数字图形工具来展示二次函数的基本图像:一个开口向上或向下的抛物线(如下所示).这种直观的图形表y=ax2+bx+c(aʂ0)a>0,开口向上a<0,开口向下图像示形式,使学生可以立刻对二次函数有一个直观的认知.学生可以看到函数的顶点㊁对称轴㊁与x轴的交点等关键要素,从而形成对函数图像的基本了解.随后,教师可以进一步使用这些工具,展示当函数中的参数,如a,b和c发生变化时,函数图像会如何变化?当a的值变大,抛物线会更加瘦高,而当a的值为负时,抛物线的开口会向下.这种动态的变化能够帮助学生直观地理解函数的参数与图像之间的对应关系.再进一步,教师可以利用视觉化工具展示二次函数与直线的相交问题,使学生理解如何求解二次函数与x轴或其他直线的交点问题.这不仅可以让学生从函数的角度理解问题,还可以让学生从几何的角度去感受和认识这一问题,从而产生更加深入的理解.此外,利用信息技术工具,如电子白板㊁互动软件等,教师还可以设计各种与二次函数相关的互动练习,使学生在实际操作中巩固所学知识,加强对二次函数的直观认识.(二)建立直观与符号之间的桥梁几何直观 为学生提供了一个形象㊁生动的视角,帮助学生更好地把握数学的本质.符号是数学的语言,它为数学思维提供了清晰㊁精确的表达工具.因此,建立直观与符号之间的桥梁,对于初中数学教学来说,具有重要意义.在教学中融合直观与符号是一个持续的过程,当教师介绍新的数学概念或公式时,他们不仅需要呈现符号,还应当展示与之相关的几何图形或直观材料.在教学中,教师可以先让学生通过实物㊁模型或图形直观地感受数学概念或性质,然后逐渐引导学生用数学符号或语言来描述和表达,鼓励学生动手实践,尝试将直观与符号相结合,让他们在实践中体验到数学的魅力,提高学习效果,真正掌握和运用所学知识.解题时,教师要鼓励学生既展示解题过程中的几何图像,又详细书写与之相关的数学运算,让学生在回顾自己解题过程的同时,更加清晰地看到直观与符号之间的转换与联系.此外,教师还需要及时为学生提供反馈,指导学生如何更好地建立直观与符号之间的桥梁,确保学生能够在学习中取得最佳效果,为学生未来的学习打下坚实基础.以教学 勾股定理 为例,教学开始时,教师可以采用图形方法,展示一个直角三角形,并突出显示三条边,利用色彩㊁形状和动态效果,展示这三条边如何与其对应的平方关系连接.通过动态展示,教师可以画出与三角形三边对应的三个正方形,并将面积与边长关联起来,为学生揭示勾股定理背后的几何含义,形成初步的直观概念.在学生对直角三角形的结构有了初步的认识后,教师可引入数学符号,如为三角形的三边分别标上符号a,b和c.然后向学生展示如何使用这些符号表示三个正方形的面积,从而推导出勾股定理的公式.在这一过程中,学生将直观地体验到数学符号与实际图形之间的紧密联系,加深对定理的理解.为了进一步巩固学生的理解,教师还可以设计一系列的实际问题让学生运用勾股定理去解决,如计算楼梯的斜长㊁测量两点之间的直线距离等.通过解决这些实际问题,学生不仅可以加深对勾股定理的理解,还可以体验到数学知识在实际生活中的应用价值.66(三)培养学生的空间思维能力为了培养学生的空间思维,教师需要确保学生能够直观地理解和掌握几何概念.这需要教师在教学中大量使用图形㊁模型和动态展示,使学生可以直观地看到和感受到几何对象的性质和关系.通过展示和比较不同的几何形状,学生可以更好地理解和区分它们的特点和属性,培养空间观察能力.同时,教师还可以设计各种几何任务和挑战,鼓励学生自己动手操作和探索,帮助学生巩固和应用所学知识,锻炼他们的空间操作和推理能力.除此之外,教师还需要引导学生进行深入的思考和反思,帮助学生建立起空间概念之间的内在联系,这需要教师在教学中提出开放性的问题,鼓励学生提出自己的观点和想法,进行批判性思考.通过这种方式,学生可以更好地理解和应用几何概念,进一步提高空间思维能力.以教学 相交线与平行线 为例,教师可引导学生深入探索直线之间的空间关系.首先,教师可以借助模型或实物,展示不同角度的交叉和平行线,可以使用直尺和圆规模拟两条相交的线,然后旋转它们来观察它们之间的角度关系,帮助学生形成直观的认知.其次,教师可以引导学生进行手工活动,如折纸或绘图,来进一步深化他们对于相交线与平行线之间关系的理解.学生可以尝试通过折纸制作一个四边形,并观察其中的相交线和平行线,从而更直观地理解这两种线之间的关系.教师还可以组织小组活动,让学生在小组内展开讨论,分享他们对于相交线与平行线的理解和认知.这种协作学习不仅可以培养学生的交流和合作能力,还可以帮助学生在与他人的交流中深化对知识的理解.为了加深学生的空间思维能力,教师还可以设计一系列的实际问题,让学生尝试用相交线和平行线的知识去解决,如可以让学生设计一个房屋平面图,并要求学生在设计中明确标注出所有的相交线和平行线.(四)引入实际生活应用场景生活中到处都是几何图形和结构,它们为学生提供了丰富的教学实例和情境,能够帮助学生将抽象的数学概念与实际生活相结合,并直观地理解和掌握几何概念,感受数学的实用性和魅力.在教学中引入实际生活应用场景,不仅可以提高学生的学习兴趣和动力,还能帮助学生将所学知识运用到实际生活中.教师可以设计一些与生活相关的几何任务,鼓励学生自己动手制作㊁观察和分析,这样不仅能锻炼学生的空间操作㊁观察和推理能力,还能加强他们的 几何直观 .此外,教师还可以利用生活中的问题鼓励学生进行实际的应用和探索,帮助学生建立起对几何概念的深入认识,培养学生的问题解决和批判性思维能力.这种从实际出发,结合生活情境的教学方法,不仅能够培养学生的 几何直观 ,还可以帮助学生更好地理解和应用数学知识.以教学 一元一次方程 为例,教师可以利用生活中的实际问题为学生设计教学情境.购物中的优惠问题㊁工作与工资之间的关系等,都可以转化为一元一次方程进行求解.教师可以利用几何图形来直观地表示一元一次方程的求解过程,通过直线图形来表示方程的解集,帮助学生理解方程的根即直线与x轴的交点,使方程的求解过程不再是纯粹的代数操作,而是变成了一种直观的几何表示,帮助学生更加深入地理解方程的意义.具体示例如下:假设某商店进行促销活动,一件商品的原价为a元,根据购买数量的不同,客户可以享受不同程度的折扣.若购买数量达到或超过10件,每件商品可享受8折优惠.小明计划消费不超过b元购买该商品,请问他最多能购买多少件?教师可以把这个问题转化为一元一次方程问题.设小明能购买x件商品.如果购买不足10件,则总花费为ax元.如果购买数量达到或超过10件,则总花费为0.8ax元.要使得总花费不超过b元,可以根据购买数量分两种情况来建立不等式.如果x<10,则总花费axɤb,所以xɤba.如果xȡ10,则总花费0.8axɤb,所以xɤb0.8a.教师可以引导学生画出y=ax和y=0.8ax的图像,并且考虑yɤb的限制条件.根据这个图像,学生可以清晰地看到两条直线与y=b这一水平线相交的位置,即可得出答案.结 语在未来的教育实践中,教师要持续探索和完善 几何直观 在数学教学中的运用,进一步挖掘和利用几何元素在形成数学概念㊁推动逻辑推理中的潜力.这不仅需要教师不断创新教学方法,而且需要整个教育系统对教学资源㊁工具进行更新和优化.最终目标是让 几何直观 成为连接学生与数学世界的桥梁,使得数学学习成为一种愉悦㊁富有成效的探索之旅.ʌ参考文献ɔ[1]雷延生.初中数学教学中几何直观能力培养探析[J].数学学习与研究,2023(15):86-88.[2]李鹏.初中数学教学中几何直观能力培养方案[J].中学数学,2023(2):60-61.[3]凌晓辉.初中数学教学中几何直观能力培养探析[J].当代家庭教育,2022(28):137-140.76。
几何发展简史 Revised by BETTY on December 25,2020论文:数学的发展简史作者:学号:班级:指导教师:日期:几何学发展简史几何,英文为Geometry ,是由希腊文演变而来,其原意是土地测量。
“依据很多的实证,几何是埃及人创造的,并且产生于土地测量。
由于尼罗河泛滥,经常冲毁界限,这样测量变成了必要的工作。
无可置疑的,这类科学和其它科学一样,都发生于人类的需要。
”(引自[1])。
明代徐光启(1562~1633)和天主教耶酥会传教士利玛窦(Matteo Ricci,1552~1610)翻译欧几里得的《几何原本》时将Geometry一词译为几何学。
几何学是研究形的科学,以视觉思维为主导,培养人的观察能力、空间想象能力与空间洞察力。
几何学最先发展起来的是欧几里得几何。
到17世纪的文艺复兴时期,几何学上第一个重要成果是法国数学家笛卡儿(R..descartes, 1596~1650)和费马( Fermat,1601~1665)的解析几何。
他们把代数方法应用于几何学,实现了数与形的相互结合与沟通。
随着透视画的出现,又诞生了一门全新的几何学——射影几何学。
到19世纪上半叶,非欧几何诞生了。
人们的思想得到很大的解放,各种非欧几何、微分几何、拓扑学都相继诞生,几何学进入一个空前繁荣的时期。
1 从欧几里得几何到非欧几何欧几里得(Euclid,约公元前330~275)的《几何原本》是一部划时代的着作,其伟大的历史意义在于它是用公理方法建立起演绎体系的典范。
公元7世纪以前的所谓几何学,都只限于一些具体问题的解答,并且是十分粗糙的、零碎的、片段的和单凭经验的。
当积累起来的几何知识相当丰富时,把这一领域的材料系统地整理,并阐明它们的关系,就显得十分必要了。
由于几何学本来的对象是图形,研究它必然要借助与空间的直观性。
但是直观性也有不可靠的时候,因而在明确地规定了定义和公理的基础上,排除直观性,建立合乎逻辑的几何学体系的思想在古希腊时代就已经开始。
【高等数学吧】无法理解高等数学怎么办?看看认真的人是怎样学的高中数学很好高等数学却理解不了有多少人高中的时候,不用怎么学,数学成就都很好,然而,到了大学之后,遇到高数之后,却感觉脑袋瓦特了。
今天,超模君就来看看知乎用户@王冲的分享,跟大家来探讨一下怎么学习高数。
先不谈方法。
大家总是在谈方法,我自己也总是喜欢谈方法。
但是其实最残酷的回答就是:功夫没下够。
大学数学比中学数学难,所以需要更多时间。
如果生活中没有什么驱动,很容易就功夫没下够,从而感到难以理解。
但是那些有足够需求驱动的朋友,很自然的不断的下功夫,不断的学、不断的想、不断的用,直到像呼吸一样简单,肯定就会觉得概念很自然了。
“得一善,则拳拳服膺而弗失之矣。
”方法总是能不断改进,但是手头有什么条件就用什么条件,不能说方法不完美就不往前走了,这才是正派武学的练法。
一定要吃苦的。
然后说方法。
所谓学习的方法,就是几个选择的权衡:1.到底学到什么程度算学会了。
前几天在知乎看到一个答案,说学数学有两个误区。
一个是已经学会了,然后不继续往后学,总在现在的思想上,拼命翻新技巧。
另一个是学得不扎实,意味着想要往后学。
前者常见于中学教育,后者常见于大学之上的教育。
2.理解还是背诵。
定理到底要一路追根究底到可以称为公理的东西,还是记住就好。
如果我讨厌死记硬背,到底要不要记忆呢?3.看书重要还是做题重要。
那么到底怎么选呢?一个基本原则是走极端一定是错的。
像我第一次的回答,就过于强调理解和看书,忽略了做题和背诵,说的不客气就是哗众取宠。
所以我越想越不舒服。
后来补上的答案,强调另一端,看似平衡了。
但没有把背后的道理说透。
什么是背后的道理?只有两条。
1、别走极端。
2、小马过河,实事求是。
不断的做,从现实中得到反馈,再改。
如果目标是通过考试,那么,学到能通过就算学会了。
如果不会做题,自己想想是忘了基本的定理,还是不会灵活运用。
如果是忘了基础,按照自己的性格,想理解就理解,想硬记就硬记。
从几何直观走向逻辑推理作者:叶春萍来源:《中学课程辅导·教育科研》2019年第09期【摘要】 ;几何直观是学生必备的几何素养,是诱发学生创造能力的潜在因素。
如何提高学生的几何直观水平,使与现有知觉水平一致,是目前数学学科教育亟待突破的瓶颈。
“几何直观主要是指利用图形描述和分析问题。
借助几何直观可以把复杂的数学问题变得简明、形象,有助于探索解决问题的思路,预测结果。
几何直观可以帮助学生直观地理解数学,在整个数学学习中都发挥着重要的作用。
”【关键词】 ;几何直观识图能力逻辑推理题组变图【中图分类号】 ;G633.6 ; ; ; ; ; ; 【文献标识码】 ;A ; 【文章编号】 ;1992-7711(2019)09-073-02几何直观是学生必备的几何素养,是诱发学生创造能力的潜在因素。
如何提高学生的几何直观水平,使与现有知觉水平一致,是目前数学学科教育亟待突破的瓶颈。
“几何直观主要是指利用图形描述和分析问题。
借助几何直观可以把复杂的数学问题变得简明、形象,有助于探索解决问题的思路,预测结果。
几何直观可以帮助学生直观地理解数学,在整个数学学习中都发挥着重要的作用。
”几何直观与逻辑、推理是不可分的。
几何直观是由逻辑支撑的能力,不仅是看到什么,而且是通过看到的图形思考了什么,想象了什么,这是数学学习中非常重要的思考方式。
几何直观会把看到的与以前学到的结合起来,通过思考、想象,猜想出一些可能的结论和论证思路,这就是归纳推理。
巧妙的构造可以建立已知与未知、条件与结论、数与形的体系,构造图形解决问题体现的几何直观能力,这种能力是学生需要具备的重要能力之一,几何直观能力的培养贯穿于整个初等数学教学中。
教学实践表明,有效培养学生的几何直观能力可以从以下几个方面入手:一、借助几何图形,培养识图能力图形是学习数学知识的重要载体,培养识图能力是培养几何直观的基础。
在教学中,教师应引导学生理解并掌握各种数学符号所表示的数量关系及含义,能敏锐地从图形中获取相关信息。
如何学好几何和代数?几何与代数:相互结合的学习之道几何与代数,是数学学习中不可或缺的两大支柱,两者相互交织,互相补充,共同可以形成完整的数学体系。
该如何学好这两门学科,不仅关乎学生的数学成绩,更关系到其逻辑思维、空间想象和问题解决能力的培养。
几何:从直观到抽象的思维训练几何学主要研究图形的性质和空间关系,它需要直观感知能力、逻辑推理和空间想象能力。
学习几何,犹如启动了一扇通往抽象世界的大门,帮助学生理解和运用抽象的概念和符号,培养训练严谨的逻辑思维和问题解决能力。
以下几点建议可以帮助学生学好几何:特别注重图形再理解:几何图形是学习的基础,学生应该通过观察、描绘、模型制作等手段,对图形的特点和性质有直观的认识。
加强空间想象力训练:可以通过立体图形的折叠、切割、旋转等操作,重视培养空间想象力和几何直觉。
表达几何语言:几何概念和定理要用准确的语言表达,并能熟练运用符号,这对于表达和解决几何问题极为关键。
看重证明过程:几何证明是培养逻辑推理能力的重要手段,学生应该学会从已知条件出发,按照严谨的逻辑推理得出结论。
重视实践应用:几何知识广泛应用于生活和生产实践中,通过案例分析,将抽象的几何知识与现实生活联系起来,增强学习兴趣和应用能力。
代数:从符号到运算的逻辑体系代数学主要研究数与未知数之间的关系,以及运算和推理的方法。
它以字母表示数,形成了完整的抽象数学符号体系,并发展出丰富的运算方法和解题技巧。
以下几点建议可以指导学生学好代数:明白基础概念:代数的基础概念包括字母表示数、代数式、方程、不等式等,学生必须明白其含义和应用范围。
掌握基本运算:加减乘除、乘方运算、开方等基本运算,是代数运算的基础,必须熟练掌握。
练习解题技巧:代数解题需要灵活运用公式和技巧,通过不断的练习,能熟练掌握常用方法,并能提高解题效率。
培养抽象思维能力:代数是用符号语言表达数学关系,学生需要从具体数字向抽象符号过渡,注意培养抽象思维能力。
从几何直觉到代数证明
问题 设复数θθsin 2cos 3⋅+=i z ,求函数)2
0(arg π
θθ<
<-=z y 的最大值以及
对应的θ值,(1999年高考理科第(20)题)
这个问题有一个明显的几何意义(见文[2]),即复数z 所对应的点是椭圆
123sin 2cos 322
22=+⇔⎩
⎨
⎧==y x y x θθ 的第一象限部分(图1)
问题转化为求椭圆离心角θ与旋转角argz 之差的最大值,也就是图1中θ∠MOA 的最大值。
这个图形的线条稍嫌多了点,我们把表示角θ、argz 的线段留下,蓁都擦去,于是图2向我们展示了一个似曾相识的情景,并立即引发几何直觉,下面分别介绍两个方面的直觉
一、 几何直觉——最大视觉
稍加回忆,我们就找到熟知的“最大视角”问题,这样的几何结构,在1986年全国高考和1991年的上海高考出现过(见文[3]) 如图2,取M (3cos θ、3sin θ),由圆周角大于圆外角知,当△AOM 的外接圆与x 轴相切时,∠AOM=θ-argz 最大,由弦切角定理得∠MON=∠OAN ,即
θπ
-=2arg z 。
(1) 有 θθπθθctg tg z tg =-==)2()(arg cos 3sin 2,
得 2
6
,23arctg tg ==
θθ 进而2
2arg π
θθ-
=-=z y
2
262π
-=arctg
, 此处,“当△AOM 的外接圆与x 轴相切时,∠AOM 最大”是一个直觉。
本例与“最大视角”有一个不同是:“最大视角”中的线段AM 为定线段,O 为x 轴上的动点;而本例中恰好相反,线段AM 为动线段,O 为x 轴上定点,把这两者同等看待又源于一个直觉;从相对运动的观点看来,视AM 为定线段后,将坐标系作平衡或旋转,这些想法就是文[4]中此例处理的背景。
为了给数学直觉一个逻辑铺垫,我们首先找出了一个
麻烦的几何说明,如图3,设△MOA 的外接圆与x 轴相切于O ,
又另取)2
,0(1π
θ∈,记A 1(3cos θ1,3sin θ1),M 1(3cos θ1,3sin θ1),则M 1对
应的复数为
3sin θ1+i ·2sin θ1, 且∠M1OA1=θ1-argz1,
过A1作OA 的平行线交x 轴于O1,连结O1M1,则Rt △A 1O 1N 1∽△Rt △
AON ,有
k ON N O OA A O AN N A ===1
11111,其中k 为比例系数,由∠M 1O 1A 1=∠MOA ,且 OA
A O AN N A AM M A AM M A 1
111111133=
==, 得△M1O1A1∽△MOA ,从而
∠M1O1A1=∠MOA =θ-argz ,但由切割线定理知
))(22211NA NM k ON k N O ⋅⋅=⋅=
1111))((A N M N NA k NM k ⋅=⋅⋅=,
可见,△M 1O 1A 1也与x 轴切于O 1,由圆周角大于圆外角知∠M 1O 1A 1>∠M 1OA 1,即∠MOA>∠M 1OA 1。
这就说明了,当△MOA 的外接圆与x 轴相切时,∠MOA 最大,我们大跨度的直觉没有搞错,但解释过程稍嫌麻烦。
二、 几何直觉——切线角
本例与“最大视角”还有一个不同是,OA=3,OB=2,AB=1均为定值,这就使得点M 在以AB 为直径的半圆上,一个明显的几何直觉是:当OM 与半圆相切时,∠MOA 最大(图4)。
此时,连结半径CM 。
在Rt △COM 中,有CM=21;OC=25
.从
而OM=6.
得∠MOA 的最大值为6
21)arg (max arctg
z =-θ
或51
)arg (max arctg z =-θ
或5
6
2)arg (max arctg
z =-θ 此时,由弦切角定理得∠NAO=∠BMO ,但∠MAO=
xOA ∠-2
π
,∠BMO=∠xOM ,有
z arg 2
=-θπ
故得 )]arg ()arg [(21
z z -++=θθθ
)6
21arg 2(21tg +=
π 为了给数学直觉一个逻辑铺垫,我们也可以找出一个几例说
明.如图5,M 、M 1点对应的复数为
z =3cos θ+i ·2sin θ,z 1=3cos θ+i ·2sin θ1,θ,
)2
,0(π
θ∈。
其中OM 为半圆AB =1上的切线,OM 1为半圆A 1B 1=l
上的割线,作旋转,使OA 1与OA 重合,则半圆A 1B 1与半圆AB 也重合,M1点成为半圆AB 上的点M 1',则割线OM 1'在∠MOA 内部.有∠MOA >∠M 1'OA=∠M 1OA 1.
这说明了.当OM 与半圆AB 相切时,∠MOA 最大.我们的直觉没有搞错。
三、从直觉到严格求解
上述两个直觉虽然视角稍有不同、但所洞察到的几何实质却是一样的,式(1)、(2)表明,当2
arg π
θ=
+z
时,θ-argz 取最大值,这促使我们去考虑θ-argz 与θ+argz 的联系.
另外,第二个几何直觉.将问题转化△COM 的简单求解,也引起了我们的强烈兴趣,我们注意到CM OC OM += (3) )(cos 2
1
),sin (cos 25θθθθixin cm i OC -=+=
突然,将(3)两边除以OM 的念头,使我们心花怒放,因为这会产生θ+argz 与θ-argz ,一个全新的解法到来了.
解:由)2,0(πθ∈知.3cos θ>0.2sin θ>o ,有]3,2[||),2
,0(arg ∈∈z z π
又z =|z|[cos (argz )+isin (argz )] =3cos θ+i ·2sin θ
)sin (cos 21
)sin (cos 25θθθθi i -++=
有)
sin(arg )cos(arg )
sin (cos )sin (cos 5||2z i z i i z +-++=
θθθθ
)]arg sin()arg [cos(cos )]arg sin()arg [cos(5z i z z i z +-++-+-=θθθθ, 比获实都、虚部得
⎩⎨
⎧=+--=++-(5) 0)arg sin()arg cos(
5(4) ||2)arg cos()arg cos(
5z z z z z θθθθ
由(5)有 51
)arg sin(51)arg sin(≤+=-z z θθ
可见,当2
arg π
θ=
+z (6)
时,sin (θ-argz )可以取到最大值.代入(4)、(5)
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨
⎧
>=>=-0
51argz)-sin(0, ||5
2)arg cos(θθz z 可见,)2,0(arg πθ∈-z ,由反正弦函数的递增性,有5
1
arcsin )arg (max =-z θ
(7)
(6)+(7)可求得)5
1
arcsin 2(21+=πθ。
评析 这个纯代数的解法有明显的几何意义,首先是由复数加法的几何意义把z 分解为两个复数之和(这有图4在作诱导):
)sin (cos 251θθi z +=,若复数)sin (cos 2
1
2θθi z -=,
z=z 1+z 2。
所对应的点(大写字母)满足平行四边形法则(图6).然
后变形比较实都、虚部.所得出的(4)式本质是射影定理,所得出的(5)式本质是正弦定理.
得出(5)式之后.已经没有什么实质住的困难了,换句话说,本题可以用正弦定理来求解。
不管人们对这个解法的繁简有何评价,我们自己确实对题目的几何结构获得了深层认识、并且经历了一个从直觉到严格的小小过程,相信读者也能从中获得启示。