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數(shù)學(xué)最常用的基本數(shù)學(xué)方法

數(shù)學(xué)最常用的基本數(shù)學(xué)方法

  什么是數(shù)學(xué)方法 ? 中學(xué)數(shù)學(xué)有哪些常用的基本數(shù)學(xué)方法 ?

  答:所謂方法,是指人們?yōu)榱诉_(dá)到某種目的而采取的手段、途徑和行為方式中所包含的可操作的規(guī)則或模式.人們通過長期的實(shí)踐,發(fā)現(xiàn)了許多運(yùn)用數(shù)學(xué)思想的手段、門路或程序.同一手段、門路或程序被重復(fù)運(yùn)用了多次,并且都達(dá)到了預(yù)期的目的,就成為數(shù)學(xué)方法.?dāng)?shù)學(xué)方法是以數(shù)學(xué)的工具進(jìn)行科學(xué)研究的方法,即用數(shù)學(xué)語言表達(dá)事物的狀態(tài)、關(guān)系和過程,經(jīng)過推導(dǎo)、運(yùn)算與分析,以形成解釋、判斷和預(yù)言的方法。

  數(shù)學(xué)方法具有以下三個(gè)基本特征:一是高度的抽象性和概括性,二是邏輯的嚴(yán)密性及結(jié)論的確定性,三是應(yīng)用的普遍性和可操作性. 數(shù)學(xué)方法在科學(xué)技術(shù)研究中具有舉足輕重的地位和作用:一是提供簡(jiǎn)潔確定的形式化語言,二是提供數(shù)量分析及計(jì)算的方法,三是提供邏輯推理的工具.現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)特別是電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展,與數(shù)學(xué)方法的地位和作用的強(qiáng)化正好是相輔相成.

  在中學(xué)數(shù)學(xué)中經(jīng)常用到的基本數(shù)學(xué)方法,大致可以分為以下三類:

  ( 1 )邏輯學(xué)中的方法.例如分析法(包括逆證法)、綜合法、反證法、歸納法、窮舉法(要求分類討論)等.這些方法既要遵重邏輯學(xué)中的基本規(guī)律和法則,又因?yàn)檫\(yùn)用于數(shù)學(xué)之中而具有數(shù)學(xué)的特色.

  高中英語 ( 2 )數(shù)學(xué)中的一般方法.例如建模法、消元法、降次法、代入法、圖象法(也稱坐標(biāo)法,在代數(shù)中常稱圖象法,在學(xué)生今后要學(xué)習(xí)的解析幾何中常稱坐標(biāo)法)、比較法(數(shù)學(xué)中主要是指比較大小,這與邏輯學(xué)中的多方位比較不同)等.這些方法極為重要,應(yīng)用也很廣泛.

 。 3 )數(shù)學(xué)中的特殊方法.例如配方法、待定系數(shù)法、加減法、公式法、換元法(也稱之為中間變量法)、拆項(xiàng)補(bǔ)項(xiàng)法(含有添加輔助元素實(shí)現(xiàn)化歸的數(shù)學(xué)思想)、因式分解諸方法,以及平行移動(dòng)法、翻折法等.這些方法在解決某些數(shù)學(xué)問題時(shí)也起著重要作用,對(duì)于某一類問題也都是一種通法。

  高中數(shù)學(xué) 函數(shù)

  函數(shù)簡(jiǎn)介:

  在領(lǐng)域,函數(shù)是一種關(guān)系,這種關(guān)系使一個(gè)集合里的每一個(gè)元素對(duì)應(yīng)到另一個(gè)(可能相同的)集合里的唯一元素。

  ----A variable so related to another that for each value assumed by one there is a value determined for the other.

  自變量,函數(shù)一個(gè)與他量有關(guān)聯(lián)的變量,這一量中的任何一值都能在他量中找到對(duì)應(yīng)的固定值。

  ----A rule of correspondence between two sets such that there is a unique element in the second set assigned to each element in the first set.

  函數(shù)兩組元素一一對(duì)應(yīng)的規(guī)則,第一組中的每個(gè)元素在第二組中只有唯一的對(duì)應(yīng)量。

  函數(shù)的概念對(duì)于數(shù)學(xué)和數(shù)量學(xué)的每一個(gè)分支來說都是最基礎(chǔ)的。

  ~‖函數(shù)的定義: 設(shè)x和y是兩個(gè)變量,D是實(shí)數(shù)集的某個(gè)子集,若對(duì)于D中的每個(gè)值x,變量y按照一定的法則有一個(gè)確定的值y與之對(duì)應(yīng),稱變量y為變量x的函數(shù),記作 y=f(x).

  數(shù)集D稱為函數(shù)的定義域,由函數(shù)對(duì)應(yīng)法則或?qū)嶋H問題的要求來確定。相應(yīng)的函數(shù)值的全體稱為函數(shù)的值域,對(duì)應(yīng)法則和定義域是函數(shù)的兩個(gè)要素。

  functions

  數(shù)學(xué)中的一種對(duì)應(yīng)關(guān)系,是從非空集合A到實(shí)數(shù)集B的對(duì)應(yīng)。簡(jiǎn)單地說,甲隨著乙變,甲就是乙的函數(shù)。精確地說,設(shè)X是一個(gè)非空集合,Y是非空數(shù)集,f是個(gè)對(duì)應(yīng)法則 , 若對(duì)X中的每個(gè)x,按對(duì)應(yīng)法則f,使Y中存在唯一的一個(gè)元素y與之對(duì)應(yīng),就稱對(duì)應(yīng)法則f是X上的一個(gè)函數(shù),記作y=f(x),稱X為函數(shù)f(x)的定義域,集合{yy=f(x),x∈X}為其值域(值域是Y的子集),x叫做自變量,y叫做因變量,習(xí)慣上也說y是x的函數(shù)。

  若先定義映射的概念,可以簡(jiǎn)單定義函數(shù)為:定義在非空數(shù)集之間的映射稱為函數(shù)。

  例1:y=sinx X=[0,2π],Y=[-1,1] ,它給出了一個(gè)函數(shù)關(guān)系。當(dāng)然 ,把Y改為Y1=(a,b) ,a<b為任意實(shí)數(shù),仍然是一個(gè)函數(shù)關(guān)系。

  其深度y與一岸邊點(diǎn) O到測(cè)量點(diǎn)的距離 x 之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系呈曲線,這代表一個(gè)函數(shù),定義域?yàn)椋?,b]。以上3例展示了函數(shù)的三種表示法:公式法 , 表格法和圖 像法。

  一般地,在一個(gè)變化過程中,如果有兩個(gè)變量X與Y,并且對(duì)于X的每一個(gè)確定的值,Y都有為一得值與其對(duì)應(yīng),那么我們就說X是自變量,Y是X的函數(shù)。如果當(dāng)X=A時(shí)Y=B,那么B叫做當(dāng)自變量的值為A時(shí)的函數(shù)值。

  復(fù)合函數(shù) 有3個(gè)變量,y是u的函數(shù),y=ψ(u),u是x的函數(shù),u=f(x),往往能形成鏈:y通過中間變量u構(gòu)成了x的函數(shù):

  x→u→y,這要看定義域:設(shè)ψ的定義域?yàn)閁 。 f的值域?yàn)閁,當(dāng)U*U時(shí),稱f與ψ 構(gòu)成一個(gè)復(fù)合函數(shù) , 例如 y=lgsinx,x∈(0,π)。此時(shí)sinx>0 ,lgsinx有意義 。但如若規(guī)定x∈(-π,0),此時(shí)sinx<0 ,lgsinx無意義,就成不了復(fù)合函數(shù)。

  立體幾何學(xué)習(xí)中的圖形觀

  立體幾何的離不開圖形,圖形是一種語言,圖形能幫我們直觀地感受空間線面的位置關(guān)系,培養(yǎng)空間.所以在立體幾何的中,我們要樹立圖形觀,通過作圖、讀圖、用圖、造圖、拼圖、變圖培養(yǎng)我們的.

  一、作圖

  作圖是立體幾何學(xué)習(xí)中的基本功,對(duì)培養(yǎng)空間概念也有積極的意義,而且在作圖時(shí)還要用到許多空間線面的關(guān)系.所以作圖是解決立體幾何問題的第一步,作好圖有利于問題的解決.

  例1 已知正方體中,點(diǎn)P、E、F分別是棱AB、BC、的中點(diǎn)(如圖1).作出過點(diǎn)P、E、F三點(diǎn)的正方體的截面.

  分析:作圖是學(xué)習(xí)中的一個(gè)弱點(diǎn),作多面體的截面又是作圖中的難點(diǎn).看到這樣的題目不知所云.有的連結(jié)P、E、F得三角形以為就是所求的截面.其實(shí),作截面就是找兩個(gè)平面的交線,找交線只要找到交線上的兩點(diǎn)即可.觀察所給的條件(如圖2),發(fā)現(xiàn)PE就是一條交線.又因?yàn)槠矫鍭BCD//平面,由面面平行的性質(zhì)可得,截面和面的交線一定和PE平行.而F是的中點(diǎn),故取的中點(diǎn)Q,則FQ也是一條交線.再延長FQ和的延長線交于一點(diǎn)M,由公理3,點(diǎn)M在平面和平面的交線上,連PM交于點(diǎn)K 高中政治,則QK和KP又是兩條交線.同理可以找到FR和RE兩條交線(如圖2).因此,六邊形PERFQK就是所求的截面.

  二、讀圖

  圖形中往往包含著深刻的意義,對(duì)圖形理解的程度影響著我們的正確解題,所以讀懂圖形是解決問題的重要一環(huán).

  例2 如圖3,在棱長為a的正方體中,EF是棱AB上的一條線段,且EF=b<a,若Q是上的定點(diǎn),P在上滑動(dòng),則四面體PQEF的體積( ).

  (A)是變量且有最大值(B)是變量且有最小值(C)是變量無最大最小值(D)是常量

  分析:此題的解決需要我們仔細(xì)分析圖形的特點(diǎn).這個(gè)圖形有很多不確定因素,線段EF的位置不定,點(diǎn)P在滑動(dòng),但在這一系列的變化中是否可以發(fā)現(xiàn)其中的穩(wěn)定因素?求四面體的體積要具備哪些條件?

  仔細(xì)觀察圖形,應(yīng)該以哪個(gè)面為底面?觀察,我們發(fā)現(xiàn)它的形狀位置是要變化的,但是底邊EF是定值,且P到EF的距離也是定值,故它的面積是定值.再發(fā)現(xiàn)點(diǎn)Q到面PEF的距離也是定值.因此,四面體PQEF的體積是定值.我們沒有一點(diǎn)計(jì)算,對(duì)圖形的分析幫助我們解決了問題.

  三、用圖

  在立體幾何的學(xué)習(xí)中,我們會(huì)遇到許多似是而非的結(jié)論.要證明它我們一時(shí)無法完成,這時(shí)我們可考慮通過構(gòu)造一個(gè)特殊的圖形來推翻結(jié)論,這樣的圖形就是反例圖形.若我們的心中有這樣的反例圖形,那就可以幫助我們迅速作出判斷.

  例3判斷下面的命題是否正確:底面是正三角形且相鄰兩側(cè)面所成的二面角都相等的三棱椎是正三棱錐.

  分析:這是一個(gè)學(xué)生很容易判斷錯(cuò)誤的問題.大家認(rèn)為該命題正確,其實(shí)是錯(cuò)誤的,但大家一時(shí)舉不出例子來加以說明.問題的關(guān)鍵是二面角相等很難處理.我們是否可以考慮用一個(gè)正三棱錐通過變形得到?

  如圖4,設(shè)正三棱錐的側(cè)面等腰三角形PAB的頂角是,底角是,作的平分線,交PA于E,連接EC.可以證明是等腰三角形,所以AB=BE.同理EC=AB.那么,△EBC是正三角形,從而就是滿足題設(shè)的三棱錐,但不是正三棱錐.

  四、造圖

  在立體幾何的學(xué)習(xí)中,我們可以根據(jù)題目的特征,精心構(gòu)造一個(gè)相應(yīng)的特殊幾何模型,將陌生復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)化為熟悉簡(jiǎn)單的問題.

  例4 設(shè)a、b、c是兩兩異面的三條直線,已知,且d是a、b的公垂線,如果,那么c與d的位置關(guān)系是( ).

 。ˋ)相交 (B)平行(C)異面(D)異面或平行

  分析:判斷空間直線的位置關(guān)系,最佳是構(gòu)造恰當(dāng)?shù)膸缀螆D形,它具有直觀和易于判斷的優(yōu)點(diǎn).根據(jù)本題的特點(diǎn),可以考慮構(gòu)造正方體,如圖5,在正方體 中,令A(yù)B=a,BC=d,.當(dāng)c為直線時(shí),c與d平行;當(dāng)c為直線時(shí),c與d異面,故選D.

  五、拼圖

  空間基本圖形由點(diǎn)、線、面構(gòu)成,而一些特殊的圖形也可以通過基本圖形拼接得到.在拼圖的過程中,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)一些變和不變的東西,從中感悟出這個(gè)圖形的特點(diǎn),找出解決待求解問題的方法.

  例5給出任意的一塊三角形紙片,要求剪拼成一個(gè)直三棱柱模型,使它的全面積與給出的三角形的面積相等,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一種方案,并加以簡(jiǎn)要的說明.

  分析:這是2002年立體幾何題中的一部分.這個(gè)設(shè)計(jì)新穎的題目,使許多平時(shí)做慣了證明、計(jì)算題的學(xué)生一籌莫展.這是一道動(dòng)作題,但它不僅是簡(jiǎn)單的剪剪拼拼的動(dòng)作,更重要的是一種心靈的“動(dòng)作”,思維的“動(dòng)作”.受題目敘述的影響,大家往往在想如何折起來?參考答案也是給了一種折的方法.那么這種方法究竟從何而來?其實(shí)逆向思維是這題的一個(gè)很好的切人點(diǎn).我們思考:展開一個(gè)直三棱柱,如何還原成一個(gè)三角形?

  把一個(gè)直三棱柱展開后可得到甲、乙兩部分,甲內(nèi)部的三角形和乙是全等的,甲的三角形外是寬相等的三個(gè)矩形.現(xiàn)在的問題是能否把乙分為三部分,補(bǔ)在甲的三個(gè)角上正好成為一個(gè)三角形(如圖丙)?因?yàn)榧字腥切瓮馐菍捪嗟鹊木匦,所以三角形的`頂點(diǎn)應(yīng)該在原三角形的三條角平分線上,又由于面積要相等,所以甲中的三角形的頂點(diǎn)應(yīng)該在原三角形的內(nèi)心和頂點(diǎn)的連線段的中點(diǎn)上(如圖丁).按這樣的設(shè)計(jì),剪開后可以折成一個(gè)直三棱柱.

  六、變圖

  幾何圖形千變?nèi)f化,在不斷的變化中展示幾何圖形的魅力,在不斷的變化中培養(yǎng)我們的能力,在有意無意的變化中開闊我們的思路.

  例6 已知在三棱錐中,PA=a,AB=AC=2a,,求三棱錐的體積.

  分析:此題的解決方法很多,但切割是不錯(cuò)的選擇.

  思路1 設(shè)D為AB的中點(diǎn),依題意有:,,所以有:

  此解法實(shí)際上是把三棱錐一分為二,三棱錐B-PAD的底面是直角三角形,高就是BD,從而大大簡(jiǎn)化了計(jì)算.這種分割的方法也是立體幾何解題中的一種重要策略.它化復(fù)雜為簡(jiǎn)單,化未知為已知.

  思路2 從點(diǎn)A出發(fā)的三條棱兩兩夾角為,故可補(bǔ)形為正四面體.

  如圖,延長AP至S,使PA=PS,連SB、SC,于是四面體S-ABC為邊長等于2a的正四面體,而且

  從上述的六個(gè)方面,我們可以看到,在立體幾何的學(xué)習(xí)中如果我們能正確了解圖形,合理利用圖形,不斷變化圖形,一定可以使我們的學(xué)習(xí)更上一個(gè)臺(tái)階.

  趣談平分

  把餅?zāi)菢拥奈矬w分成2等份,可以采用一個(gè)人切而讓另一個(gè)人挑的辦法,這樣分的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。在第一個(gè)人看來,他必須把餅分成他認(rèn)為價(jià)值相等的兩部分,才能保證得到他應(yīng)得的那一部分;而第二個(gè)人只要選取價(jià)值大的那一部分,或在兩部分價(jià)值相等的情況下任選其中一部分,就能保證他得到他至少應(yīng)得的那一部分。在這里,我們假定物體具有在分割時(shí)不會(huì)損失它的總價(jià)值。

  若要把一個(gè)物體分成3或若干等份,我們可以采用這樣的方法:這里以5個(gè)人分配來說明,對(duì)于任意多個(gè)分配者,分法大致是相同的。我們把這5個(gè)人叫做甲、乙、丙、丁、戊。甲有權(quán)利從餅上割下任一部分;乙有把甲所割出的一塊減少的自由,但沒有人強(qiáng)迫他這樣做;然后丙又有減少這一塊的自由,這樣繼續(xù)下去。假定最后是戊接觸這塊餅,那么由戊拿走這塊餅,然后把剩余的餅在甲乙丙丁四人之間平分。第二輪可一用同樣的步驟把參加的人數(shù)減少到三,以此分配下去。現(xiàn)在我們來看,每一個(gè)參加分配的人應(yīng)如何做才能保證自己應(yīng)得的那一部分歸自己。在第一輪甲割下它認(rèn)為值1/5的一塊后,很可能沒有人再去碰它而甲就達(dá)到值1/5的那一部分;在這種情況下,他沒有做錯(cuò)。然而,如果有另一個(gè)或幾個(gè)人減少了這塊餅,那么最后接觸到他的人就要得到它,所以甲當(dāng)然認(rèn)為價(jià)值超過/5的餅被留下由4個(gè)人平分,而他是這4個(gè)人中的一個(gè)。在第二輪甲照前面的辦:如果他仍就是第一個(gè),那么他割下認(rèn)為有余下部分1/4價(jià)值的那一塊。這個(gè)策略還不完全,我們還應(yīng)指出一個(gè)分配者在他不是第一時(shí)應(yīng)怎樣做。假定乙認(rèn)為甲所個(gè)下的部分太大,也就是比他估計(jì)的整個(gè)餅的1/5大了,那么他只要把它減少到他認(rèn)為適當(dāng)?shù)拇笮;如果他成為最后一個(gè)減少這部分餅的人,他就得到了它,而且并沒有做錯(cuò),如果他沒有得到它,那是因?yàn)樵谝乙院笥钟袆e的人接觸了它。因而在乙以后的減小者中有一人要得到被乙認(rèn)為是價(jià)值小于1/5的一塊餅,所以乙在下一輪將參加分配他認(rèn)為價(jià)值大于原來4/5的部分,F(xiàn)在方法就清楚了:如果你在任一輪中是n個(gè)分配者的第一個(gè),那么不論放在你面前的是整個(gè)餅還是余下的部分,你總應(yīng)該割下你認(rèn)為價(jià)值時(shí)這部分餅的1/n的一塊;如果你在這一輪中不是第一個(gè),而且你看到由別人割下的一塊比你估計(jì)的那部分餅的1/n大,那你就把它減小到1/n;如果割下的你估計(jì)的那部分餅的1/n小,那你就不要?jiǎng)铀_@個(gè)方法保證每一個(gè)人得到他認(rèn)為是應(yīng)得的部分。 高中地理

  在經(jīng)濟(jì)生活中,存在著另一種分配問題:分配的是不能分割的物體,如房子、家畜、家具、汽車、藝術(shù)品等。例如一筆遺產(chǎn),包括:一座房子、一座磨坊和一輛汽車,要在享有同等繼承權(quán)的四個(gè)繼承人甲乙丙丁之間分配,需要一個(gè)公正人,請(qǐng)讀者想一想,應(yīng)如何去做?

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