新课标人教A版高中数学必修3教案.pdf
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1、第一章算法初步1.1.1 算法的概念一、教学目标:1、知识与技能:(1)了解算法的含义,体会算法的思想。(2)能够用自然语言叙述算法。(3)掌握正确的算法应满足的要求。(4)会写出解线性方程(组)的算法。(5)会写出一个求有限整数序列中的最大值的算法。(6)会应用S c i l a b 求解方程组。2、过程与方法:通过求解二元一次方程组,体会解方程的般性步骤,从而得到一个解二元一次方程组的步骤,这些步骤就是算法,不同的问题有不同的算法。由于思考问题的角度不同,同一个问题也可能有多个算法,能模仿求解二元一次方程组的步骤,写出一个求有限整数序列中的最大值的算法。3、情感态度与价值观:通过本节的学习
2、,使我们对计算机的算法语言有一个基本的了解,明确算法的要求,认识到计算机是人类征服自然的一各有力工具,进一步提高探索、认识世界的能力。二、重点与难点:重点:算法的含义、解二元一次方程组和判断一个数为质数的算法设计。难点:把自然语言转化为算法语言。三、学法与教学用具:学法:1、写出的算法,必须能解决一类问题(如:判断一个整数n(n l)是否为质数;求任意一个方程的近似解;),并且能够重复使用。2、要使算法尽量简单、步骤尽量少。3、要保证算法正确,且计算机能够执行,如:让计算机计算1 X 2 X 3 X 4 X 5 是可以做到的,但让计算机去执行“倒一杯水”“替我理发”等则是做不到的。教学用具:电
3、脑,计算器,图形计算器四、教学设想:1、创设情境:算法作为一个名词,在中学教科书中并没有出现过,我们在基础教育阶段还没有接触算法概念。但是我们却从小学就开始接触算法,熟悉许多问题的算法。如,做四则运算要先乘除后加减,从里往外脱括弧,竖式笔算等都是算法,至于乘法口诀、珠算口诀更是算法的具体体现。我们知道解一元二次方程的算法,求解一元一次不等式、一元二次不等式的算法,解线性方程组的算法,求两个数的最大公因数的算法等。因此,算法其实是重要的数学对象。2、探索研究算法(a l g o r i t h m),,词源于算术(a l g o r i sm),即算术方法,是指一个由已知推求未知的运算过程。后来
4、,人们把它推广到一般,把进行某一工作的方法和步骤称为算法。广义地说,算法就是做某一件事的步骤或程序。菜谱是做菜肴的算法,洗衣机的使用说明书是操作洗衣机的算法,歌谱是一首歌曲的算法。在数学中,主要研究计算机能实现的算法,即按照某种机械程序步骤一定可以得到结果的解决问题的程序。比如解方程的算法、函数求值的算法、作图的算法,等等。3、例题分析:例 1 任意给定一个大于1 的整数n,试设计一个程序或步骤对n 是否为质数 做出判定。算法分析:根据质数的定义,很容易设计出下面的步骤:第一步:判断n是否等于2,若 n=2,则 n是质数:若 n 2,则执行第二步。第二步:依次从2 至(n-1)检验是不是n的因
5、数,即整除n的数,若有这样的数,则n不是质数;若没有这样的数,则 n 是质数。这是判断一个大于1 的整数n是否为质数的最基本算法。例 2 用二分法设计一个求议程/-2=0 的近似根的算法。算法分析:回顾二分法解方程的过程,并假设所求近似根与准确解的差的绝对值不超过 0.0 0 5,则不难设计出以下步骤:第一步:令f(x)=x-2。因为f(l)0,所以设X i=l,X 2-2O第二步:令m=(x,+x 2)/2,判断f(m)是 否 为 0,若则,则m 为所长;若否,则继续判断f(x j f(m)大于。还是小于0。第三步:若f(x j ,f(m)0,则令x i=m;否则,令X 2=m 第四步:判
6、断 x X 2 I =4二A Ci;第三步:将 =&C-AQ7Mx 得x/C +gg。A,Aj Bi A S-A2 8此时我们得到了二元二次为鹿组的求解公式,利用在公奇才得到倒2 的另一个算法:第 一 步:取Ai=l,Bi=-2,C i 1 ,A2 2,B2=l9 C2=-1;第二步:计算x=二二5G.与二=二A.B-,A-,B.A,B-,一A-.B.第三步:输出运算结巢;可见利用上述算法,更加有利于上机执行与操作。基础知识应用题例 4写出一个求有限整数列中的最大值的算法。解:算法如下。S1 先假定序列中的第一个整数为“最大值”。S2 将序列中的下一个整数值与“最大值”比较,如果它大于此“最大
7、值”,这时你就假定“最大值”是这个整数。S3 如果序列中还有其他整数,重复S 2。S4在序列中一直到没有可比的数为止,这时假定的“最大值”就是这个序列中的最大值。学生做一做 写出对任意3 个整数a,b,c 求出最大值的算法。老师评一评 在例2 中我们是用自然语言来描述算法的,下面我们用数学语言来描述本题的算法。S I m ax=aS 2 如果 bm ax,则 m ax=b.S 3 如果 O m a x,则 m ax=c.S 4 m ax 就是a,b,c中的最大值。综合应用题例 5写出求1+2+3+4+5+6 的一个算法。分析:可以按逐-相加的程序进行,也可以利用公式1+逐+炉+D进行,也可以2
8、根据加法运算律简化运算过程。解:算 法 1:S 1:计 算 1+2得到3;S 2:将第一步中的运算结果3 与 3 相加得到6;S 3:将第二步中的运算结果6 与 4 相加得到10;S 4:将第三步中的运算结果10与 5 相加得到15:S 5:将第四步中的运算结果15 与 6 相加得到21。算法2:S 1:取 n=6;S 2:计 算 处2S 3:输出运算结果。算法3:S 1:将原式变形为(1+6)+(2+5)+(3+4)=3X 7;S 2:计算 3 X 7;S 3:输出运算结果。小结:算 法 1 是最原始的方法,最为繁琐,步骤较多,当加数较大时,比 如 1+2+3+10000,再用这种方法是行不
9、通的;算法2 与算法3 都是比较简单的算法,但比较而言,算法 2 最为简单,且易于在计算机上执行操作。学生做一做 求 1 X 3 X 5 X 7 X 9 X 1 1 的值,写出其算法。老 师 评 一 评 算 法 1;第 步,先 求 1 X 3,得到结果3;第二步,将第一步所得结果3 再乘以5,得到结果15:第三步,再 将 15 乘以7,得到结果105;第 四 步,再 将 105 乘以9,得到9 4 5;第五步,再将9 4 5 乘 以 11,得 到 1039 5,即是最后结果。算法2:用 P表示被乘数,i 表示乘数。S 1 使 P=l。S 2 使 i=3S 3 使 P=P X iS 4 使 i=
10、i+2S5若 i W l l,则返回到S 3继续执行;否则算法结束。小结 由于计算机动是高速计算的自动机器,实现循环的语句。因此,上述算法2 不仅是正确的,而且是在计算机上能够实现的较好的算法。在上面的算法中,S 3,S 4,S5构成一个完整的循环,这里需要说明的是,每经过一次循环之后,变量P、i 的值都发生了变化,并且生循环一次之后都要在步骤S 5 对 i 的值进行检验,一旦发现i 的值大于1 1 时,立即停止循环,同时输出最后一个P的值,对于循环结构的详细情况,我们将在以后的学习中介绍。4、课堂小结本节课主要讲了算法的概念,算法就是解决问题的步骤,平时列论我们做什么事都离不开算法,算法的描
11、述可以用自然语言,也可以用数学语言。例如,某同学要在下午到体育馆参加比赛,比赛下午2时开始,请写出该同学从家里发到比赛地的算法。若用自然语言来描述可写为(1)1:0 0 从家出发到公共汽车站(2)1:1 0 上公共汽车(3)1:4 0 到达体育馆(4)1:4 5 做准备活动。(5)2:0 0 比赛开始。若用数学语言来描述可写为:S 1 1:0 0 从家出发到公共汽车站S 2 1:1 0 上公共汽车S 3 1:4 0 到达体育馆S 4 1:4 5 做准备活动S 5 2:0 0 比赛开始大家从中要以看出,实际上两种写法无本质区别,但我们在书写时应尽量用教学语言来描述,它的优越性在以后的学习中我们会
12、体会到。5、自我评价1、写出解一元二次方程a x%b x+c=0 (a W O)的一个算法。2、写出求1 至 1 0 0 0 的正数中的3 倍数的一个算法(打印结果)6、评价标准1、解:算法如下S 1 计算=b -4 a cS 2 如果 0,则方程无解;否则xl=S 3 输出计算结果xl,x2 或无解信息。2、解:算法如下:S 1 使 i=lS 2 i 被 3除,得余数rS 3 如果r=0,则打印i,否则不打印S 4 使 i=i+lS 5 若 i W l O O O,则返回到S 2 继续执行,否则算法结束。7、作业:1、写出解不等式1-2 尸3 0 的一个算法。解:第一步:f-2 3=0 的两
13、根是m=3,矛 2=-1。第二步:由-2 3 0 可知不等式的解集为 x-1 A 0 的不等式的解的步骤(为方便,我们设a 0)如下:第一步:计算=b2-4ac;-第二步:若(),示 出 方 程 两 根=一:-4ac(设小 王2),则不等式解集为2a x|X X i 或水不;第三步:若4=0,则不等式解集为 x I x W R 且 xH 2 ;2a第四步:若“,则不等式的解集为R。2、求过P(a,左)、Q(a2.b j两点的直线斜率有如下的算法:第一步:取X 1=外,yx-bl,x2=a2,yi=Z?2;第二步:若x尸 照;第三步:输出斜率不存在;第四步:若X1HX2;第五步:计 算=上&;一
14、玉第六步:输出结果。-3、写出求过两点M(-2,-l)、N(2,3)的直线与坐标轴围成面积的一个算法。解:算法:第一步:取M=-2,%=-1,加=2,%=3;第二步:计 算力=-L;第三步:在 第 与 梁 果 中 为 建 得 到y的值m,得直线与y轴交点(0,m);第四步:在第二步结果中令片0得到x的值n,得直线与x轴交点(n,0);第五步:计算S=1 l机111;2第六步:输出运算结果1.1.2 程序框图(第二、三课时)一、教学目标:1、知识与技能:掌握程序框图的概念;会用通用的图形符号表示算法,掌握算法的三个基本逻辑结构:掌握画程序框图的基本规则,能正确画出程序框图。2、过程与方法:通过模
15、仿、操作、探索,经历通过设计程序框图表达解决问题的过程;学会灵活、正确地画程序框图。3、情感态度与价值观:通过本节的学习,使我们对程序框图有一个基本的了解;掌握算法语言的三种基本逻辑结构,明确程序框图的基本要求;认识到学习程序框图是我们学习计算机的一个基本步骤,也是我们学习计算机语言的必经之路。二、重点与难点:重点是程序框图的基本概念、基本图形符号和3种基本逻辑结构,难点是能综合运用这些知识正确地画出程序框图。三、学法与教学用具:1、通过上节学习我们知道,算法就是解决问题的步骤,在我们利用计算机解决问题的时候,首先我们要设计计算机程序,在设计计算机程序时我们首先要画出程序运行的流程图,使整个程
16、序的执行过程直观化,使抽象的问题就得十分清晰和具体。有了这个流程图,再去设计程序就有了依据,从而就可以把整个程序用机器语言表述出来,因此程序框图是我们设计程序的基本和开端。2、我们在学习这部分内容时,首先要弄清各种图形符号的意义,明确每个图形符号的使用环境,图形符号间的联结方式。例 如“起止框”只能出现在整个流程图的首尾,它表示程序的开始或结束,其他图形符号也是如此,它们都有各自的使用环境和作用,这是我们在学习这部分知识时必须要注意的一个方面。另外,在我们描述算法或画程序框图时,必须遵循一定的逻辑结构,事实证明,无论如何复杂的问题,我们在设计它们的算法时,只需用顺序结构、条件结构和循环结构这三
17、种基本逻辑就可以了,因此我们必须掌握并正确地运用这三种基本逻辑结构。3、教学用具:电脑,计算器,图形计算器四、教学设想:1、创设情境:算法可以用自然语言来描述,但为了使算法的程序或步骤表达得更为直观,我们更经常地用图形方式来表示它。基本概念:(1)起止框图:匚 二 起止框是任何流程图都不可缺少的,它表明程序的开始和结束,所以一个完整的流程端信末两端必须是起止框。(2)输入、输出框:U7表示数据的输入或结果的输出,它可用在算法中的任何需要输入、输出的位置。图 1-1 中有三个输入、输出框。第一个出现在开始后的第一步,它的作用是输入未知数的系数a l l,a l 2,a 2 1,a 2 2 和常数
18、项b l,b 2,通过这一步,就可以把给定的数值写在输入框内,它实际上是把未知数的系数和常数项的值通知给了计算机,另外两个是输出框,它们分别位于由判断分出的两个分支中,它们表示最后给出的运算结果,左边分支中的输出分框负责输出D#0时未知数x l,x 2 的值,右边分支中的输出框负责输出D=0 时的结果,即输出无法求解信息。(3)处理框:|它是采用来赋值、执行计算语句、传送运算结果的图形符号。图1T中出现了两个处理框。第一个处理框的作用是计算D=a l l a 2 2-a 2 1 a l 2的值,第二个处理框的作用是计算 x l=(b l a 2 2-b 2 a l 2)/D,x 2=(b 2
19、a l l-b l a 2 1)/D 的值。(4)判 断 框 判 断 框 一 般 有 一 个 入 口 和 两 个 出 口,有时也有多个出口,它是惟-的具有两个或两个以上出口的符号,在只有两个出口的情形中,通常都分成“是”与“否”(也可用“Y”与“N”)两个分支,在 图 1-1 中,通过判断框对D的值进行判断,若判断框中的式子是D=0,则说明D=0 时由标有“是”的分支处理数据;若 D W O,则由标有“否”的分支处理数据。例如,我们要打印x的绝对值,可以设计如下框图。结束从图中可以看到由判断框分出两个分支,构成一个选择性结构,其中选择的标准是“X20”,若符合这个条件,则按照“是”分支继续往下
20、执行;若不符合这个条件,则按照“否”分支继续往下执行,这样的话,打印出的结果总是x的绝对值。在学习这部分知识的时候,要掌握各个图形的形状、作用及使用规则,画程序框图的规则如下:(1)使用标准的图形符号。(2)框图一般按从上到下、从左到右的方向画。(3)除判断框外,大多数流程图符号只有一个进入点和一个退出点。判断框具有超过一个退出点的惟一符号。(4)判断框分两大类,一类判断框“是”与“否”两分支的判断,而且有且仅有两个结果;另一类是多分支判断,有几种不同的结果。(5)在图形符号内描述的语言要非常简练清楚。2、典例剖析:例 1:已知x=4,y=2,画出计算w=3 x+4 y 的值的程序框图。解:程
21、序框如下图所示:4和 2 分别是x 和 y的值小结:此图的输入框旁边加了一个注释框明,它可以出现在任何位置。它的作用是对框中的数据或内容进行说基础知识应用题1)顺序结构:顺序结构描述的是是最简单的算法结构,语句与语句之间,框与框之间是按从上到下的顺序进行的。例 2:已知一个三角形的三边分别为2、3、4,利用海伦公式设计一个算法,求出它的面积,并画出算法的程序框图。算法分析:这是一个简单的问题,只需先算出P的值,再将它代入公式,最后输出结果,只用顺序结构就能够表达出算法。程序框图:开始2)条件结构:一些简单的算法可以用顺序结构来表示,但是这种结构无法对描述对象进行逻辑判断,并根据判断结果进行不同
22、的处理。因此,需要有另一种逻辑结构来处理这类问题,这种结构叫做条件结构。它是根据指定打件选择执行不同指令的控制结构。例3:任意给定3个正实数,设计一个算法,判断分别以这3个数为三边边长的三角形是否存在,画出这个算法的程序框图。算法分析:判断分别以这3个数为三边边长的三角形是否存在,只需要验收这3个数当中任意两个数的和是否大于第3个数,这就需要用到条件结构。程序框图:存在这样的三角形不存在这样的三角形结束3)循环结构:在一些算法中,经常会出现从某处开始,按照一定条件,反复执行某一处理步骤的情况,这就是循环结构,反复执行的处理步骤为循环体,显然,循环结构中一定包含条件结构。循环结构又称重复结构,循
23、环结构可细分为两类:(1)一类是当型循环结构,如 图 1 5 (1)所示,它的功能是当给定的条件P 1 成立时,执行A 框,A 框执行完毕后,再判断条件P i 是否成立,如果仍然成立,再执行A 框,如此反复执行A 框,直到某一次条件P i 不成立为止,此时不再执行A 框,从b 离开循环结构。(2)另一类是直到型循环结构,如下图所示,它的功能是先执行,然后判断给定的条件巴是否成立,如果匕仍然不成立,则继续执行A 框,直到某一次给定的条件已成立为止,当型循环结构(1)直到型循环结构(2)例 4:设计一个计算1+2+1 0 0 的值的算法,并画出程序框图。算法分析:只需要一个累加变量和一个计数变量,
24、将累加变量的初始值为0,计数变量的值可以从1 到 1 0 0 o程序框图:3、课堂小结:本节课主要讲述了程序框图的基本知识,包括常用的图形符号、算法的基本逻辑结构,算法的基本逻辑结构有三种,即顺序结构、条件结构和循环结构。其中顺序结构是最简单的结构,也是最基本的结构,循环结构必然包含条件结构,所以这三种基本逻辑结构是相互支撑的,它们共同构成了算法的基本结构,无论怎样复杂的逻辑结构,都可以通过这三种结构来表达4、自我评价:1)设x为为一个正整数,规定如下运算:若x为奇数,则求3 x+2;若x为偶数,则为5 x,写出算法,并画出程序框图。2 )画出求2*2 2+2 3+2项的值的程序框图。5、评价
25、标准:1.解:算法如下。S1输入xS2若x为奇数,则输出A=3 x+2;否则输出A=5 xS3算法结束。程序框图如下图:2、解:序框图如下图:结束6、作业:课本P11习 题 1.1 A组 2、31.2.1输入、输出语句和赋值语句(第一课时)教学目标:知识与技能(1)正确理解输入语句、输出语句、赋值语句的结构。(2)会写一些简单的程序。(3)掌握赋值语句中的“=”的作用。过 程 与方法(1)让学生充分地感知、体验应用计算机解决数学问题的方法;并能初步操作、模仿。(2)通过对现实生活情境的探究,尝试设计出解决问题的程序,理解逻辑推理的数学方法。情感态度与价值观通过本节内容的学习,使我们认识到计算机
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