构造法在中学数学中的应用研究大学本科毕业论文.doc
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1、 本科毕业设计(论文)题目 构造法在中学数学解题中的应用研究 学 院 数学与统计学院 年 级 2009级 专 业 数学与应用数学 班 级 0401091 学 号 040109104 学生姓名 田伟 指导教师 戴培良 职 称 教授 论文提交日期 2013-5-22 常熟理工学院本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明: 所呈交的本科毕业设计(论文),是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果.除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人签
2、名: 日期:常熟理工学院本科毕业设计(论文)使用授权说明本人完全了解常熟理工学院有关收集、保留和使用毕业设计(论文)的规定,即:本科生在校期间进行毕业设计(论文)工作的知识产权单位属常熟理工学院。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许毕业设计(论文)被查阅和借阅;学校可以将毕业设计(论文)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计(论文),并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。保密的毕业设计(论文)在解密后遵守此规定。本人签名: 日期:导师签名: 日期:常熟理工学院毕业设计(论文) 构造法在中学数学解题中的应用研究摘
3、要构造法是一种重要的划归手段,学生通过观察、分析、抓住特征、联想熟知的数学模型,然后变换命题,恰当的构造新的数学模型来达到解题的目的,在中学数学解题中具有重要的作用,主要涉及函数,图形,方程,数列等内容。构造法是一种富有创造性的方法,属于非常规思维,运用构造法解题有利于培养学生的创造性思维,提高学生观察、分析、解决问题的能力。 关键词:构造法,观察,分析,创造性,解题Application of the construction method in middle school mathematicsAbstractConstruction is an important classified
4、method, students achieve the objective of solving problems through constructing a new mathematical model which is obtained by students through observing, analyzing and grasping the characteristics, associating the mathematical model and transforming propositions. It plays an important roles in solvi
5、ng mathematical problems of middle school, mainly involves the function, pattern, equation, sequence and so on. Construction method is also a method of creative, belongs to unconventional thinking, it can improve the students observation, analysis, problem solving skills.Key words: Construction meth
6、od; Analysis; Creativity; Problem solving.II目 录1.引言1.1 论文的研究背景. 11.2 本论文研究内容. 22.构造法在中学数学中的应用 2.1如何利用构造法解方程类问题. 32.2巧妙构造图像性质解决数学问题 52.3用构造法求解数列问题 72.4用构造三角函数法巧解数学问题. . 9 2.5用构造法巧解生活中常见问题. 10 3.关于中学生对构造法思想掌握情况的调查报告3.1调查的设计、方法和过程133.2调查结果及分析143.2.1 实验结果14 结语. . .16 参考文献. 17 致谢. .19III 1. 引言1.1 论文的研究背景
7、构造法是数学解题中一种十分重要的基本方法,是根据题目中所给的条件或者结论,通过观察、分析、联想与综合,利用各种知识间的内在联系,有目的的构造一个特定的数学模型,从而将一个命题转化成一个与之等价的命题。构造法同样是一种创新的思维方法,解题过程中要打破常规思维,另辟蹊径,巧妙的解决。构造法历史发展过程:从数学产生的那天起,数学中的构造性方法就伴随着产生了。但是构造性方法这个术语的提出,以至把这个方法推向极端,并致力于这个方法的研究,是与数学基础的直观派有关。直观派出于对数学的“可行性”的考虑,提出一个著名的口号:“存在必须是被构造。”这就是构造主义。构造法的发展历史主要包括以下几个过程:(一)直观
8、数学阶段,先驱者是19世纪末德国的克隆尼克。他认为“定义应当包括由有限步骤所定义对象的计算方法,而存在性的证明对于要确立其存在的那个量,应当许可计算到任意的精确度。”曾计划把数学算术化并在数学领域中清除一切非构造性的成分及其根源。后续代表人物包括彭加勒,其主张所有的定义和证明都必须是构造性的。以及近代构造法的系统创立者布劳威,其主张存在必须被构造的观点。(二)算法数学阶段,由于直觉数学难以为人读懂,同时直觉数学对排斥非构造数学和传统逻辑的错误做法,无法解释后者在一定范围内的应用上的有效性,所以产生了另外几种构造性倾向,主要是算法数学。算法数学是马尔科夫及其合作者创立的,并将此定义为:一种把数学
9、的一切概念归约为一个基本概念算法的构造性方法。但是,因为这种构造法外行人读起来十分困难,使之算法数学由于缺乏合适的框架来进行数学实践,而处于一种冬眠的状态。(三)现代构造数学阶段,由比肖泊提出,他避免使用直觉派的超数学原理,摆脱了算法数学对递归函数理论方法的不必要依赖,超脱了对于形式体系的任何束缚,从而保留了进一步创新的余地。同时比肖泊采用数学上大家熟悉的习惯术语和符号,所以为一般数学家容易看懂。构造法的应用研究涉及各个科学领域,现在数学构造法在中学方面的研究主要集中表现为以下两类。(一)构造法的理论教学研究。构造法的主要特点是创新性,发散性,需要学生具有一定的创新思维能力,同时要求学生对基础
10、知识的把握要牢固,学生只有通过自己的再创造而获得的知识才能被掌握和灵活应用1。构造法的教学有利于提高学生对数学模型的敏感性,培养学生的创新和发散思维能力以及促使学生完善数学认知结构,增强学生自我建构的能力2。随着新课程改革的不断推进,学校教育越来越重视学生的能力素质的培养,特别是注重学生对数学方法的了解,理解,掌握和灵活运用。 教师应在数学教学中广泛运用构造法,在潜移默化中培养学生的创新能力3。(二)构造法解题的基本类型分析。构造法解题的巧妙之处不是直接去解所给问题,而是构造一个与问题先关的辅助问题,通过来解决问题。如:构造代数模型、几何模型、不等式模型等4。构造法解题同样有其一定的规律性,通
11、过学生对方法技巧的掌握,从构造法的特点入手,也能有效的利用好这个解题工具5。构造法解题在中学中具有广泛的应用,所涉及的知识点也很广,但主要归纳起来为以下几个方面:1.构造模式;2.构造特例;3.构造引理6。1.2论文研究内容上述两种方法都是以分开的形式进行研究,虽然各有优点,但是不能有效的,从整体上来分析中学生如何有效的掌握利用构造法解题的方式。所以,为了有效的解决这一问题,并且整合上述两种研究方式的优点,本文将主要论述中学数学当中的构造法实际应用,通过构造函数,构造数列,构造方程,构造图形,以及构造性思维培养几个方面,来认识和学习运用构造法,并以例题分析的方式加深学生对知识的理解与掌握。同时
12、为了直观的了解现在中学生对构造法的理解程度,本文将通过调查问卷的形式,来分析中学生对这一重难点的认知水平和知识建构情况,调查对象为高中一年级和二年级,通过纵向与横向研究,来分析不同年级以及不同学生间对构造法掌握的差异程度,并且对所得结果提出了作者本人的看法。2 2.构造思想方法在中学数学中的应用构造法在中学数学解题中是一种重要的思维方法,运用构造法解题可以拓宽学生的视野,提高学生分析,观察,解决问题的能力,培养好学生的创新思维。构造法的大体结构如下:构造法有以下两种基本特征: (一):对所讨论的对象能进行较为直观的描述; (二):实现的具体性,就是不只是判明某种解的存在性,而且要实现具体求解2
13、.1如何利用构造性方法解决方程类问题方程的求解方法最早出现在我国的数学著作九章算术中,经过无数数学家的不懈努力,在十六世纪,已经找到三次和四次函数的求根公式,但至今无人能解决五次以上的代数方程的根式解。方程,作为中学数学最重要的考察内容之一,往往涉及到许许多多的难点和重点,考察的方式也多种多样,学生在做到尤其是需要构造法解决的问题时,常常会束手无策。如以下例题: 例1:已知,求证: 分析:学生在做这种题目时,会想到通过分母进行通分得到:,做到这思维往往就会停滞,不知如何开展,其实如果将不等式右边的代数式移到左边得,做到这,通过观察,分析可以联想到上述不等式与一元二次方程根的判别式:是相似的,通
14、过逆向构造一元二次方程可得,进而通过判别式方法来解决。详细过程如下:例1: 已知,求证:证明: 因为,所以将分母通分可得: 将不等式的右边移到不等式左边可得: 。联想到二次函数进而构造出一元二次方程:,通过观察分析所得:是方程的一个根。所以方程根的判别式: ;即: 以上例题重在考查学生能否通过已知条件和结论,性质与特征,构造出一元二次方程的模型,以及观察,发现,解决问题的能力。如果说上述方法重在创新,以下的例题则更强调对解题方法的记忆和理解。如以下在中学中最常见的方程练习题:例2: 解方程:分析:在做这类习题时,如果采用常规方法即:平方差公式法解题或者平方法,在解题过程中会觉得难以奏效甚至会越
15、来越烦,在解决这类问题时,需要学生发挥好创造性思维,但这类问题随着时间的推移,逐渐形成了解题的固定方式,但仍需要学生在记忆的基础上重在对解题方式的理解。解题通用过程大致如下:例2:解方程:解: 根据方程可以构造出以下辅助恒等式:(1)将原方程标记为等式(2),由(1)(2)可得:(3)(2)+(3)得: 解得: 总结:在做上述例题时,并不对所有类似的题都是有效的,需要满足以下条件 (一):根号内的未知数最高次项必须是相同的; (二):最高次项前的系数必须是相同的;只有满足以上两个条件才能用上诉的方法解答。在解方程类习题时,若果采用向思维难以解决时,或者越来越烦,可以考虑逆向思维,如:构造相思结
16、构的方程等方式,将问题转换成一个自己熟悉的问题,从而巧妙简捷的解决问题。2.2巧妙构造图像性质解决数学问题数形转换是我们经常采用的构造方法之一,就是把代数与几何相结合,抽象与直观相联系,使问题直观化。比如说:在中学数学学习过程中,学生会经常遇到一些难以解决或者解起来很困难的函数类问题,如求函数的值域,如果通过常规法解题,需要先求出根号下一元二次函数的值域,然后再求总的函数的值域,过程相对较繁。但是我们通过观察会发现函数的图像就是一个圆,转化可得:,这样就可以很直观的得出函数的值域是,其次还有诸如数学符号“”可以将绝对值中的方程构造成点与点之间的距离;数学符号“”构造成平面中点到点的距离,圆,圆
17、锥曲线等图像形式,当然,还有很多其他的一些构造图像解问题方法。通过下面例题的讲解,可以更加直观的了解构造图像解数学问题的优点。例3:求函数的值域解析:一般在做这种类型题目时,往往会采用分类讨论的思想,但是考虑的因素会较多,不便于书写。本题中可以看成坐标轴上的一点到点-2的距离与到点3处的距离之和,存在下面三种情况:1.如图1.当点在-2和点3中间时,不管点是如何的移动,其距离之和总是-2到3之间的距离,即为5 (图1)2. 如图2. 当点处在点3的右侧时,随着点的不停右移,点到两点间的距离之和将越来越大且大于5 (图2)3. 如图3.当点处在-2的左侧时,随着点不停的左移,点到两点间的距离之和
18、将越来越大,且大于5。 (图3)综上所述:我们可以得到,函数的值域是。(解题过程略)例4:设求证:解析:直观上看相对复杂,按照平方法等常规方法做本题对学生来说是无从下手的,但是对本题进行观察分析,我们会发现每一个根号下的未知数都是以平方的形式出现,易于联想到勾股定理,构造出对应的三角形,如下:设,于是:,因为固所给结论成立。图4上述问题的变式很多,作者曾做到过很多类似的问题,如某市中考模拟卷中有如下一个问题: 变式1:在中,三边的长为,求这个三角形的积?解析:用高中数学知识解答是能够完成,通过联立,两个公式即可解决,但是计算起来相对复杂,况且是初中数学问题。三角形是一个一般三角形,三边无规律性
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- 构造 中学数学 中的 应用 研究 大学本科 毕业论文
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