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初中阶段几种重要的数学思想方法

2020-06-24 来源:小奈知识网
 初中阶段几种重要的数学思想方法

教育

数学思想是数学活动的指导思想,是数学活动的一般概括.它是从整体和思维的更高层次上指导学生有效地认识数学本质,运用数学知识发现、完善数学知识结构,探寻解题的方向和途径.通过概括、比较上升为数学能力,并通过数学思想的运用,培养学生初步的科学方法论,提高思维素质,增强思维能力。数学思想的教学使中学数学教学进一步走向现代化.初中课堂教学中,数学思想尚处于隐含、渗透的阶段.毕业班复习辅导中有必要明确地突出其重要作用,使学生清楚地认识到只有在数学思想的指导下的数学学习活动,才是科学的数学学习活动,才具有很强的能动作用和创造作用.

一、转化与化归思想

1.转化与化归的思想方法是数学中最基本的思想方法.

数学中一切问题的解决(当然包括解题)都离不开转化与化归,数形结合思想体现了数与形的相互转化;函数与方程思想体现了函数、方程、不等式间的相互转化;分类讨论思想体现了局部与整体的相互转化,以上三种思想方法都是转化与化归思想的具体体现.各种变换方法、分析法、反证法、待定系数法、构造法等都是转化的手段.所以说,转化与化归是数学思想方法的灵魂.

2.转化包括等价转化和非等价转化

等价转化要求在转化过程中的前因后果既是充分的又是必要的,这样的转化能保证转

化的结果仍为原问题所需要的结果,不等价转化其过程则是充分的或必要的,这样的转化能给人带来思维的启迪,找到解决问题的突破口,不等价变形要对所得结论进行必要的修改.

3.转化与化归的原则

将不熟悉和难解的问题转化为熟知的易解的或已经解决的问题,将抽象的问题转化为具体的直观的问题,将复杂的问题转化为简单的问题,将一般性的问题转化为直观的特殊的问题;将实际问题转化为数学问题,使问题便与解决.

4.转化与化归的基本类型

(1)正与反、一般与特殊的转化;

(2)常量与变量的转化;

(3)数与形的转化;

(4)数学各分支之间的转化;

(5)相等与不相等之间的转化;

(6)实际问题与数学模型的转化.

二、数形结合思想

1.数与形是数学中两个最古老的、也是最基本的研究对象,它们在一定条件下可以相互转化,如某些代数问题、三角问题往往都有几何背景,而借助其背景图形的性质,可使那些抽象的概念、复杂的数量关系变得直观,以便于探求解题思路或找到问题的结论.数形结合,不仅是一种重要的解题方法,而且也是一种重要的思维方法,因此它在数学中占有重要的地位.

2.数形结合的解题方法特点是具有直观性、灵活性、深刻性,并跨越各科的知识界限,有较强的综合性.在复习中加强这方面的训练,对巩固和加深有关数学知识的理解、打好基础、提高能力是非常重要的.

数形结合解题就是在解决与几何图形有关的问题时,将图形信息转换成代数的信息,利用数量特征,将其转化为代数问题;在解决与数量有关的问题时,根据数量的结构特征,构造出相应的几何图形,即化为几何问题。从而利用数形的辩证统一和各自的优势尽快地得到解题途径,这对提高分析和解决问题的能力将有极大的帮助.

数形结合的主要方法有:解析法、三角法、图象法等.

3.数形结合的主要途径:

(1)形转化为数:即用代数方法研究几何问题,这是解析几何的基本特点.

(2)数转化为形:即根据给出的“数式”的结构特点,构造出与之相应的几何图形,用几何方法解决代数问题.

(3)数形结合:即用形研究数,用数研究形,相互结合,使问题变得直观、简捷、思

路易寻.

4、在运用数形结合时,要注意两点:

(1)“形”中觅“数”:很多数学问题,需要根据图形寻求数量关系,将几何问题代数化,以数助形,使问题获解.

(2)“数”上构“形”:很多数学问题,本身是代数方面的问题,但通过观察可发现它具有某种几何特征,由于这种几何特征可以发现数与形之间的新关系 ,从而将代数问题化为几何问题,使问题获解.

以上两者之间是相互联系的.例如在解析几何中,虽然研究的主要方面是用函数方法解决几何问题,但是由于我们在研究中得到某些代数表达式具有明显的几何意义,则可在确定合适的坐标系后获得几何解释,从而能借助几何方法加以解决.

三、分类讨论思想

分类讨论是人们常用的重要思想方法,无论是在生产活动、科学实验中,还是在日常的生活中,都常常需要用到它.

分类讨论思想方法是研究与解决数学问题的重要思想之一,在中学数学应用中十分广泛,通过加强数学分类讨论思想的训练,有利于提高学生对学习数学的兴趣,培养学生思维的条理性、缜密性、科学性,这种优良的思维品质对学生的未来必将产生深刻和久远的影响.

1.分类讨论思想的概念

由于数学研究对象的属性不同,影响了研究问题的结果,从而对不同属性的对象进行研究的思想;或者由于在研究问题过程中出现了不同情况,从而对不同情况进行分类研究的思想,我们称之为分类讨论思想,其实质是一种逻辑划分的思想.从思维策略上看,它是把要解决的数学问题,分解成可能的各个部分,从而使复杂问题简单化,使“大”问题转化为“小”问题,便于求解.通过正确的分类可以使复杂的问题得到清晰、完整、严密的解答,做到正确的分类,必须遵循一定的原则,以保证分类科学、统一,不重复、不遗漏,并力求最简.

2.分类讨论的原则

从某种意义上讲,分类讨论是不得已而为之的事情,通过协调、缓和“矛盾”,达到运用知识合理解决问题的思想方法.那如何进行分类讨论呢?分类讨论必须要遵循一定的原则,才能使分类科学、严谨,从而正确、合理地解题,分类讨论原则有同一性原则、互斥性原则、层次性原则.

(1)同一性原则

同一性原则简言之即“不遗漏”,可以通过集合的思想来解释,如果把研究对象看作全集I, 是I的子集,并以此分类,且A1∪A2∪…An=I,则称这种分类(A1,A2…An)符合同一性原则.比如,我们若把实数R分成正实数R+与负实数R﹣,那这种分类不符合同一性原则,因为R= R+∪R﹣∪﹛0﹜,则这种分类方法遗漏了零.

(2)互斥性原则

由同一性原则可以看出,在分类讨论时,同一性仅仅考虑了“不遗漏”,但是对于全集I来说,A1,A2…An在满足A1∪A2∪…∪An=I的前提下,并不能保证Ai∩Aj= ?(i,j n,i j),

即在分类讨论中不能避免重复讨论,使讨论复杂,互斥性原则则解决了这一问题,即对于研究对象I, Ai(i=1…n)是I子集,且作为分类的标准,若Ai∩Aj= ?(i,j n, i j),则称这种分类符合互斥性原则.

(3)层次性原则

如果在解决某一问题时,需要分类讨论,当确定了某一标准进行分类讨论后,问题并没有得到解决,还需要继续进行分类讨论,这时,我们称之为两个不同层次的讨论,这就是分类讨论的层次性,而分类讨论的层次性原则是指分类讨论必须按同一标准的层次进行,不同标准的不同层次的讨论不能混淆,层次性原则实质上就是要求有层次的分类讨论不错位、不越位.

由上看出,分类讨论三原则,同一性、互斥性、层次性中,同一性要求分类不遗漏,互斥性则使分类不重复,二者是分类划分的基本原则,而层次性是在解决某些问题时,按同一标准一次分类,尚不能完全达到目的,而要求再次分类时必须掌握的原则,层次性是在同一性、互斥性的基础上的分类原则.

3.分类讨论的步骤

同一性、互斥性、层次性三原则仅仅保证合理分类,是分类讨论中的核心步骤,解题中,分类讨论一般分为四步:

第一,确定讨论的对象以及讨论对象的取值范围;

第二,正确选择分类标准,合理分类;

第三,逐类、逐段分类讨论;

第四,归纳并做出结论.

分类讨论第一要明确为什么要分类讨论,第二要形成分类讨论的意识,第三要学会如何合理分类并正确进行讨论,第四要掌握分类讨论的严密性和表达的正确性.

4.引起分类讨论的七种基本形态

并非所有的数学问题都需要进行分类讨论,但若涉及到以下七种

情况,常常需要进行分类讨论使问题简单化.

(1)概念分段定义

像绝对值这样分段定义的概念,在中学数学中还有直线的斜率、复数的辐角主值等,当这些概念出现时,一般要进行分类讨论.

(2)公式分段表达

在解决数学问题时,常常要用到数学公式,若该公式是分段表达的,那么在应用到这些公式时,需分类讨论。

(3)实施某些运算引起分类讨论

在解决数学问题时,不论是化简、求值还是论证,常常要进行运算,若在不同条件下实施这些运算时会得到不同结果时,会引起分类讨论.

(4)图形位置不确定

如果图形的位置不确定,常常会引起分类讨论,因此,如果图形可能处于不同位置并且影响问题的结果时,首先要有分类讨论的意识,其次要全面考察,分析各种可能的位置关系,然后合理分类讨论,防止漏解.

(5)图形的形状不同

当图形的形状不确定时,要对各种可能出现的形状进行分析讨论.

(6)字母系数参与引起分类讨论

字母系数的出现,常常会使问题出现多种不同情况影响了问题结果,从而引起分类讨论.

(7)条件不唯一引起分类讨论

由于条件不唯一,可能引起方程类型不确定,曲线种类不确定,

位置关系不确定,形状不确定等出现,需要对不同情况合理分类,正确讨论.

总而言之,分类讨论思想的本质是逻辑划分,可以用集合的观点依据同一性、互斥性、层次性正确分类,并依据一定步骤合理地进行分类讨论,分类讨论即是一种思想,又是一种策略,还是一种方法,它广泛应用于中学数学的问题解决中.

四、函数与方程思想

函数思想,是指用函数的概念和性质去分析问题、转化问题和解决问题。方程思想,是从问题的数量关系入手,运用数学语言将问题中的条件转化为数学模型(方程、不等式、或方程与不等式的混合组),然后通过解方程(组)或不等式(组)来使问题获解。有时,还实现函数与方程的互相转化、接轨,达到解决问题的目的。

方程思想是:实际问题→数学问题→代数问题→方程问题。宇宙世界,充斥着等式和不等式。我们知道,哪里有等式,哪里就有方程;哪里有公式,哪里就有方程;求值问题是通过解方程来实现的……等等;不等式问题也与方程是近亲,密切相关。而函数和多元方程没有什么本质的区别,如函数y=f(x),就可以看作关于x、y的二元方程f(x)-y=0.可以说,函数的研究离不开方程.列方程、解方程和研究方程的特性,都是应用方程思想时需要重点考虑的。

函数描述了自然界中数量之间的关系,函数思想通过提出问题的数学特征,建立函数关系型的数学模型,从而进行研究。它体现了“联系和变化”的辩证唯物主义观点。一般地,函数思想是构造函数从而利用函数的性质解题,经常利用的性质是:f (x)的单调性、对称性、最大值和最小值、图像变换等,要求我们熟练掌握的是一次函数、反比例函数、二次函数等的具体特性。在解题中,善于挖掘题目中的隐含条件,构造出函数解析式和妙用函数的性质,是应用函数思想的关键。对所给的问题观察、分析、判断比较深入、充分、全面时,才能产生由此及彼的联系,构造出函数原型。另外,方程问题、不等式问题和某些代数问题也可以转化为与其相关的函数问题,即用函数思想解答非函数问题。

函数知识涉及的知识点多、面广,在概念性、应用性、理解性都有一定的要求,所以是中考考查的重点。我们应用函数思想的几种常见题型是:遇到变量,构造函数关系解题;有关的不等式、方程、最小值和最大值之类的问题,利用函数观点加以分析;含有多个变量的数学问题中,选定合适的主变量,从而揭示其中的函数关系;实际应用问题,翻译成

数学语言,建立数学模型和函数关系式,应用函数性质或不等式等知识解答;如列表、规律探究等都可以看成n的函数,用函数方法解决。

函数研究是数学的主线,它用联系和运动、变化的观点研究、描述客观世界中相互关联的量之间的依存关系,形成变量数学的一大重要基础和分支。函数思想以函数知识做基石,用运动变化的观点分析和研究数学对象间的数量关系,使函数知识的应用得到极大的扩展,丰富并优化了数学解题活动,给数学解题带来一股很强的创新能力。因此,越来越成为数学中考的长考不衰的热点。

函数思想与方程思想的联系十分密切。解方程f(x)=0就是求函数y=f(x)当函数值为零时自变量x的值;求综合方程f(x)=g(x)的根或根的个数就是求函数y=f(x)与y=g(x)的图象的交点或交点个数;合参数的方程f(x, y, t)=0和参数方程更是具有函数因素,属能随参数的变化而变化的动态方程。它所研究的数学对象已经不是一些孤立的点,而是具有某种共性的几何曲线。正是这些联系,促成了函数与方程思想在数学解题中的互化互换,丰富了数学解题的思想宝库。

函数思想在中考中的应用主要是函数的概念。性质及图像的应用,包括显化、转换、构造、建立函数关系解题四个方面。

方程思想是从问题的数量关系出发,运用数学语言将问题中的条件转化为方程、不等式或它们的混合组,通过解方程(组)、不等式(组)或其混合组使问题获解。包括待定系数法,换元法、转换法和构造方程法四个方面。

1.显化函数关系

在方程、不等式、最值、数列、圆锥曲线等数学问题中,将原有隐含的函数关系凸显出来,从而使用函数知识或函数方法使问题获解.

2.转换函数关系

在函数性态、曲线性质或不等式的综合问题、恒成立问题中逆求参数的取值范围,按照原有的函数关系很难奏效时,灵活转换思维角度,放弃题设的主参限制,挑选合适的主变元,揭示它与其它变元的函数关系,切人问题本质,从而使原问题获解.

3.构造函数关系

在数学各分支形形色色的数学问题或综合题中,将非函数问题的条件或结论、通过类比、联想、抽象、概括等手段,构造某些函数关系,利用函数思想和方法使原问题获解,是函数思想解题的更高层次的体现,构造时,要深入审题,充分发掘题设中可类比、联想的因素,促进思维迁移.

4.建立函数关系

对于实际问题,在正确过好事理关,文理关,明白题意后,根据题目的要求,选择相应的函数关系建立数学模型,利用函数的性质解决问题,是函数思想应用的一个热点,也是高考的热点.

5.待定系数法

把题目中待定的未知数(或参数)和已知数的等量关系揭示出来,建立方程(组)求出未知数的值,是待定系数法的基本形式,也是方程思想的一种基本应用.

6.转换方程形式

把题目中给定的方程根据题意转换形式,凸现其隐含条件,充分发挥其方程性质,有关方程的解的定理(如韦达定理,判别式、实根分布的充要条件)使原问题获解,是方程思想应用的又一个方面.

7.构造方程法

分析题目中的未知量,根据条件布列关于未知数的方程(组),使原问题得到解决,叫构造方程法,是应用方程思想解决非方程问题的极富创造力的一个方面.

8.建立方程模型

数学应用题的数学模型为方程,或必须使用待定系数法确定某些字母的值时,应建立相应的方程(组),把问题转化为方程求解.

9.函数思想与方程思想的联用

在解综合题中,解决一个问题常常不止需要一种数学思想,而是两种数学思想方法的综合运用.例如函数思想与方程思想的综合运用.它们之间的相互转换一步步使问题获得解决,转换的途径为函数——方程——函数或方程——函数——方程等.

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