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高中数学思维校本课程

肥城市第六中学

校本研修评估考核材料

二 0 一五年十一月

目录

课程开发与实施安排表

校本课程实施纲要

第一部分数学思维的变通性

(1)善于观察

(2)善于联想

(3)善于将问题进行转化

第二部分数学思维的反思性

(1) 检查思路是否正确,注意发现其中的错误

(2) 验算的训练

(3) 独立思考,敢于发表不同见解

校本课程开发与实施安排表

《数学思维》

校本课程纲要

一、基本项目

课程名称:《数学思维》

授课老师:

授课对象:高一、高二年级部分学生

教学材料:相关网站、资料

二、课程目标

以全面贯彻落实课改精神为宗旨,以数学思维为主线,提高学生学习数学的兴趣,全面推进素质教育。

1、通过教学,增强学生学习数学的兴趣;

2、通过教学,让学生了解数学源于生活、应用于生活;

3、通过数学,培养学生发现问题、解决问题等自主学习的能力课程内容:

第一部分数学思维的变通性

第二部分数学思维的反思性

第三部分数学思维的严密性

第四部分数学思维的开拓性

四、课程实施建议

基础知识教学、实物演示、电教配合、图上作业、小组研讨、模拟训练、考查等。

五、课程评价

评价指标(一):学生自评与互评相结合,即上课出勤情况、课

堂纪律情况、参与练习情况、团结协作情况;

评价指标(二):平时模拟训练与考查相结合;

评价指标(三):教师综合评定给与相应等级;

评价等级均为:优秀、良好、中等、须努力四档

第一讲数学思维的变通性

一、概念

数学问题千变万化,要想既快又准的解题,总用一套固定的方案是行不通的,必须具有思维的变通性——善于根据题设的相关知识,提出灵活的设想和解题方案。根据数学思维变通性的主要体现,本讲将着重进行以下几个方面的训练:

(1)善于观察

(2)善于联想

(3)善于将问题进行转化

(1)观察能力的训练

任何一道数学题,都包含一定的数学条件和关系。要想解决它,就必须依据题目的具体特征,对题目进行深入的、细致的、透彻的观察,然后认真思考,透过表面现象看其本质,这样才能确定解题思路,找到解题方法。

虽然观察看起来是一种表面现象,但它是认识事物内部规律的基础。所以,必须重视观察能力的训练,使学生不但能用常规方法解题,而且能根据题目的具体特征,采用特殊方法来解题。

例 1 已知d

,都是实数,求证

,

b

c

a,

.)()(222222d b c a d c b a -+-≥+++

思路分析 从题目的外表形式观察到,要证的 结论的右端与平面上两点间的距离公式很相似,而

证明 不妨设),(),,(d c B b a A 如图1-2-1则.)()(2

2

d b c a AB -+-=

,,2222d c OB b a OA +=+=

在OAB ?中,由三角形三边之间的关系知: AB OB OA ≥+ 当且仅当O 在AB 上时,等号成立。 因此,.)()(222222d b c a d c b a -+-≥+++

例2 已知x y x 62322=+,试求22y x +的最大值。

解 由 x y x 6232

2=+得

.

20,032

3

,0.

32

3

2222≤≤∴≥+-∴≥+-=x x x y x x y

又,2

9)3(21323

22222+--=+-=+x x x x y x

∴当2=x 时,22y x +有最大值,最大值为.42

9

)32(212=+--

思路分析 要求22y x +的最大值,由已知条件很快将22y x +变为一元二次函数,2

9)3(2

1

)(2+--=x x f 然后求极值点的x 值,联系到02≥y ,这一条件,既快又准地求出最大值。上述解法观察到了隐蔽条件,体现了思维的变通性。

例3 已知二次函数),0(0)(2>=++=a c bx ax x f 满足关系

)2()2(x f x f -=+,试比较)5.0(f 与)(πf 的大小。

思路分析 由已知条件)2()2(x f x f -=+可知,在与2=x 左右等距

称,又由

已知条件知它的开口向上,所以,图像简捷地解出此题。

解 (如图1-2-2)由)2()2(x f x f -=+, 知)(x f 是以直线2=x 为对称轴,开口向上的抛物线 它与2=x 距离越近的点,函数值越小。

)()5.0(25.02ππf f >∴->-

(2)联想能力的训练

联想是问题转化的桥梁。稍具难度的问题和基础知识的联系,都是不明显的、间接的、复杂的。因此,解题的方法怎样、速度如何,取决于能否由观察到的特征,灵活运用有关知识,做出相应的联想,将问题打开缺口,不断深入。

例如,解方程组?

??-==+32

xy y x .

这个方程指明两个数的和为2,这两个数的积为3-。由此联想到韦达定理,x 、y 是一元二次方程 0322=--t t 的两个根,

所以???=-=31y x 或?

??-==13

y x .可见,联想可使问题变得简单。

2

例4 在ABC ?中,若C ∠为钝角,则tgB tgA ?的值

(A) 等于1 (B)小于1 (C) 大于1 (D) 不能确定

思路分析 此题是在ABC ?中确定三角函数tgB tgA ?的值。因此,联想到三角函数正切的两角和公式tgB

tgA tgB

tgA B A tg ?-+=

+1)(可得下面解法。

解 C ∠ 为钝角,0<∴tgC .在ABC ?中)(B A C C B A +-=∴=++ππ 且均为锐角,、B A

[].1.01,0,0.

01)()(?-∴>>

=+-=+-=∴tgB tgA tgB tgA tgB tgA tgB tgA tgB

tgA B A tg B A tg tgC 即 π

故应选择(B )

例5 若.2,0))((4)(2z x y z y y x x z +==----证明:

思路分析 此题一般是通过因式分解来证。但是,如果注意观察已知条件的特点,不难发现它与一元二次方程的判别式相似。于是,我们联想到借助一元二次方程的知识来证题。

证明 当0≠-y x 时,等式 0))((4)(2=----z y y x x z

可看作是关于t 的一元二次方程0)()()(2=-+-+-z y t x z t y x 有等根的条件,在进一步观察这个方程,它的两个相等实根是 1 ,根据韦达定理就有:

1=--y

x z

y 即 z x y +=2 若0=-y x ,由已知条件易得 ,0=-x z 即z y x ==,显然也有

z x y +=2.

例6 已知c b a 、、均为正实数,满足关系式222c b a =+,又n 为不小于3的自然数,求证:.n n n c b a <+

思路分析 由条件222c b a =+联想到勾股定理,c b a 、、可构成直角三角形的三边,进一步联想到三角函数的定义可得如下证法。

证明 设c b a 、、所对的角分别为A 、B 、.C 则C 是直角,A 为锐角,于是

,cos ,sin c

b A c

a A ==且,1cos 0,1sin 0<<<

b c

a 从而就有 .n n n c

b a <+ (3)问题转化的训练

数学家G . 波利亚在《怎样解题》中说过:数学解题是命题的连续变换。可见,解题过程是通过问题的转化才能完成的。转化是解数学题的一种十分重要的思维方法。那么怎样转化呢?概括地讲,就是把复杂问题转化成简单问题,把抽象问题转化成具体问题,把未知问题转化成已知问题。在解题时,观察具体特征,联想有关问题之后,就要寻求转化关系。

例如,已知c

b a c

b

a

++=

++1

111,)0,0(≠++≠c b a abc ,

求证a 、b 、c 三数中必有两个互为相反数。

恰当的转化使问题变得熟悉、简单。要证的结论,可以转化为:

0))()((=+++a c c b b a

思维变通性的对立面是思维的保守性,即思维定势。思维定势是指一个人用同一种思维方法解决若干问题以后,往往会用同样的思维方法解决以后的问题。它表现就是记类型、记方法、套公式,使思维受到限制,它是提高思维变通性的极大的障碍,必须加以克服。

综上所述,善于观察、善于联想、善于进行问题转化,是数学思维变通性的具体体现。要想提高思维变通性,必须作相应的思维训练。

1 转化成容易解决的明显题目 例11 已知,1111=++=++c

b

a

c b a 求证a 、b 、c 中至少有一个等于1。

思路分析 结论没有用数学式子表示,很难直接证明。首先将结论用数学式子表示,转化成我们熟悉的形式。a 、b 、c 中至少有一个为1,也就是说111---c b a 、、中至少有一个为零,这样,问题就容易解决了。

证明 .,

1111

abc ab ac bc c

b

a

=++∴=++ 于是 .0)()1()1)(1)(1(=+++-++-=---c b a bc ac ab abc c b a

∴ 111---c b a 、、中至少有一个为零,即a 、b 、c 中至少有一个

为1。

思维障碍 很多学生只在已知条件上下功夫,左变右变,还是不知如何证明三者中至少有一个为1,其原因是不能把要证的结论“翻译”成数学式子,把陌生问题变为熟悉问题。因此,多练习这种“翻译”,是提高转化能力的一种有效手段。

例12 直线L 的方程为2

p

x -

=,其中0>p ;椭圆E 的中心为

)0,2

2(p

O +

',焦点在X 轴上,长半轴为2,短半轴为1,它的一个顶点为)0,2

(p A ,问p 在什么范围内取值时,椭圆上有四个不同的点,它们中的每一点到点A 的距离等于该点到直线L 的距离。

思路分析 从题目的要求及解析几何的知识可知,四个不同的点应在抛物线

px

y 22=

(1)

是,又从已知条件可得椭圆E 的方程为

1

4

)]22([22=++

-y p x

(2)

因此,问题转化为当方程组(1)、(2)有四个不同的实数解时,求p 的取值范围。将(2)代入(1)得:

.024

)47(2

2

=++-+p p x p x

(3)

确定p 的范围,实际上就是求(3)有两个不等正根的充要条件,解不等式组:

????????

?<->+>+--0

470240)24(4)47(2

22

p p p

p p p

在0>p 的条件下,得.130<

本题在解题过程中,不断地把问题化归为标准问题:解方程组和

不等式组的问题。

2 逆向思维的训练 逆向思维不是按习惯思维方向进行思考,而是从其反方向进行思考的一种思维方式。当问题的正面考虑有阻碍时,应考虑问题的反面,从反面入手,使问题得到解决。

例13 已知函数n mx x x f ++=22)(,求证)1(f 、)2(f 、)3(f 中至少有一个不小于1.

思路分析 反证法被誉为“数学家最精良的武器之一”,它也是中学数学常用的解题方法。当要证结论中有“至少”等字样,或以否定形式给出时,一般可考虑采用反证法。

证明 (反证法)假设原命题不成立,即)1(f 、)2(f 、)3(f 都小于1。

?????-<+<--<+<--<+<-??????<++<-<++<-<++<-???

???<<<173197291

31318112811211)3(1)2(1)1(n m n m n m n m n m n m f f f ③

②① ①+③得 9211-<+<-n m ,

与②矛盾,所以假设不成立,即)1(f 、)2(f 、)3(f 中至少有一个不小于1。

○3 一题多解训练

由于每个学生在观察时抓住问题的特点不同、运用的知识不同,因而,同一问题可能得到几种不同的解法,这就是“一题多解”。通

过一题多解训练,可使学生认真观察、多方联想、恰当转化,提高数学思维的变通性。

例14 已知复数z 的模为2,求i z -的最大值。 解法一(代数法)设,、)(R y x yi x z ∈+=

.25)1(.42222y y x i z y x -=-+=

-+=则

.32,2max =--=∴≤i z y y 时,当

解法二(三角法)设),sin (cos 2θθi z += 则 .sin 45)1sin 2cos 422θθθ-=-=-+(i z

.31sin max =--=∴i z 时,当θ

解法三(几何法)

所对应的点之间的距离与表示上的点,是圆点i z i z y x z z -=+∴=4,222

如图1-2-3 所示,可知当i z 2-=时,

-i z 解法四(运用模的性质)

312=+=-+≤-i z i z

而当i z 2-=时,.3.3max =-∴=-i z i z 解法五(运用模的性质)

1)()()(2

+-+=--=-i z z z z i z i z i z

.)((),(25的虚部)表z z I z I +=

又.3,9,2)(max 2

max =-∴=-∴≤i z i z z I

图1-2-3

第二讲 数学思维的反思性

一、概述

数学思维的反思性表现在思维活动中善于提出独立见解,精细地检查思维过程,不盲从、不轻信。在解决问题时能不断地验证所拟定的假设,获得独特的解决问题的方法,它和创造性思维存在着高度相关。本讲重点加强学生思维的严密性的训练,培养他们的创造性思维。

二、思维训练实例

(1) 检查思路是否正确,注意发现其中的错误。

例1 已知b

x ax x f +=)(,若,6)2(3,0)1(3≤≤≤≤-f f 求)3(f 的范围。

错误解法 由条件得

??

???≤+≤≤+≤-622303b

a b a ②

×2-①得156≤≤a

①×2-②得

3

2

338-≤≤-

b ④则 ③+④得

.3

43

)3(310,34333310≤≤≤+≤f b a 即 错误分析 采用这种解法,忽视了这样一个事实:作为满足条件的函数b

x ax x f +=)(,其值是同时受b a 和制约的。当a 取最大(小)值时,b 不一定取最大(小)值,因而整个解题思路是错误的。

正确解法 由题意有

??

???+=+=22)2()1(b a f b a f

解得:)],2()1(2[3

2)],1()2(2[31

f f b f f a -=-=

).1(9

5)2(91633)3(f f b a f -=+

=∴ 把)1(f 和)2(f 的范围代入得 .3

37

)3(316≤≤f

在本题中能够检查出解题思路错误,并给出正确解法,就体现了思维具有反思性。只有牢固地掌握基础知识,才能反思性地看问题。 例2 证明勾股定理:已知在ABC ?中,?=∠90C ,求证.222b a c += 错误证法 在ABC Rt ?中,,cos ,sin c

b A c

a

A ==而1cos sin 22=+A A ,

1)()(22=+∴c

b

c a ,即.222b a c += 错误分析 在现行的中学体系中,1cos sin 22=+A A 这个公式本身是从勾股定理推出来的。这种利用所要证明的结论,作为推理的前提条件,叫循环论证。循环论证的错误是在不知不觉中产生的,而且不易发觉。因此,在学习中对所学的每个公式、法则、定理,既要熟悉它们的内容,又要熟悉它们的证明方法和所依据的论据。这样才能避免循环论证的错误。发现本题犯了循环论证的错误,正是思维具有反思性的体现。

(2) 验算的训练

验算是解题后对结果进行检验的过程。通过验算,可以检查解题过程的正确性,增强思维的反思性。

例3 已知数列{}n a 的前n 项和12+=n n S ,求.n a

错误解法 .222)12()12(1111----=-=+-+=-=n n n n n n n n S S a 错误分析 显然,当1=n 时,1231111=≠==-S a ,错误原因,没有

注意公式1--=n n n S S a 成立的条件是).(2N n n ∈≥因此在运用

1--=n n n S S a 时,必须检验1=n 时的情形。即:??

?∈≥==),2()

1(1N n n S n S a n

n 例4 实数a 为何值时,圆012222=-+-+a ax y x 与抛物线x y 2

12=有

两个公共点。

错误解法 将圆012222=-+-+a ax y x 与抛物线 x y 2

1

2=联立,消去y , 得

).0(01)2

1

2(22≥=-+--x a x a x

因为有两个公共点,所以方程①有两个相等正根,得??????

?>->-=?.

01021

202a a 解之,得.8

17=

a 错误分析 (如图2-2-1;2-2-2)显然,当0=a 时,圆与抛物线有两个公共点。

要使圆与抛物线有两个交点的充要条件是方程①有一正根、一负根;或有两个相等正根。

当方程①有一正根、一负根时,得???<->?.

0102

a 解之,得.11<<-a

因此,当8

17

=

a 或11<<-a 时,圆012222=-+-+a ax y x 与抛物线x y 2

1

2=

有两个公共点。 思考题:实数a 为何值时,圆012222=-+-+a ax y x 与抛物线x y 2

12=, (1) 有一个公共点; (2) 有三个公共点; (3) 有四个公共点; (4)

没有公共点。

养成验算的习惯,可以有效地增强思维反思性。如:在解无理方程、无理不等式;对数方程、对数不等式时,由于变形后方程或不等式两端代数式的定义域可能会发生变化,这样就有可能产生增根或失根,因此必须进行检验,舍弃增根,找回失根。

(3) 独立思考,敢于发表不同见解

受思维定势或别人提示的影响,解题时盲目附和,不能提出自己的看法,这不利于增强思维的反思性。因此,在解决问题时,应积极地独立思考,敢于对题目解法发表自己的见解,这样才能增强思维的反思性,从而培养创造性思维。

例5 解方程.cos 322x x x =+-

考察方程两端相应的函数x y x y cos ,2)1(2=+-=,它们的图象无交点。

所以此方程无解。

例6 设βα、是方程0622=++-k kx x 的两个实根,则22)1()1(-+-βα的最小值是( )

不存在)(;

18)(;

8)(;4

49

)(D C B A -

思路分析 本例只有一个答案正确,设了3个陷阱,很容易上当。 利用一元二次方程根与系数的关系易得:,6,2+==+k k αββα

.

4

49

)43(42)(22)(1

212)1()1(222222--=++--+=+-++-=-+-∴

k βααββαββααβα 有的学生一看到4

49

-

,常受选择答案(A )的诱惑,盲从附和。这正是思维缺乏反思性的体现。如果能以反思性的态度考察各个选择答案的来源和它们之间的区别,就能从中选出正确答案。

原方程有两个实根βα、, ,0)6(442≥+-=?∴k k .32≥-≤∴k k 或

当3≥k 时,22)1()1(-+-βα的最小值是8;当2-≤k 时,22)1()1(-+-βα的最小值是18;

这时就可以作出正确选择,只有(B )正确。

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