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数形结合思想是中国古代数学四大数学思想之一,它体现的不仅是简单的一种解题思路,而是代表了一个时期数学发展的最高成果;经过了几代数学家的努力,这种思想和教学原则已经广泛运用于中学数学的教学当中.本文先讲述了数形结合的内涵和重要性,接着从“以数解形”和“以形助数”两个方面利用具体题目探讨其在高中数学教学中的具体应用.
一、数形结合的内涵和重要性
数字与图形,作为高中数学中两个重要的信息载体,代表的是代数与几何两个学科的联系,各个学科之间是相互联系的,这样数形结合这个思想因此产生.数形结合从字面上来看就是在解决较为抽象的数学问题时,通过对相对具体的图象分析,间接的去解决原问题,这是一种从抽象到直观,从复杂到简单的过程;当然数形结合的思想远远不止这个方面,因为数和形之间并无主次、轻重的关系,数和形是可以相互转化的.
总的来说数形结合就是根据数学问题的条件和结论之间的内在关系,既分析其代数关系又要揭示其几何意义,使得数量关系和几何表达式结合起来,将问题简化.
二、 数形结合在高中数学教学中的体现
1.“以数解形”
在很多的问题中,题目可能只是给了一个图形和简单的描述,这样对学生来说感觉就比较抽象,这时我们就需要根据图形找出尽可能多的隐含条件,利用代数运算去分析题目,这种类型的题目经常出现在函数和空间立体几何中出现.
例1如图1,已知ABCD是上、下底边分别为2和6,高为3的等腰梯形,将它沿其对称轴OO1折成直二面角,如图2.1证明:AC⊥BO1;(2)求二面角O-AC-O1余弦的大小.
2.“以形助数”
与以数解形相对,当题目只是给出部分代数关系时,我们要将代数语言转化为几何的语言,画出图象,根据图象反映出的问题求解,因为相比数字运算,直接的观察图象更加的直观,所以这个方法非常的实用,比以数解形用的更广.
例2已知M={(x,y)|y=9-x2,y≠0},N={(x,y)|y=x+b},P=M∩N,P为单元素集合,求b的范围.
例3如图所示,M为抛物线y2=4x上一点,F是抛物线的焦点,以Fx为始边,FM为终边的角,xFM=60°;求|FM|.
图5图6分析:这是一道典型的圆锥曲线中的求距离的问题,一般涉及到曲线上的点到焦点或准线距离时,可以根据定义,利用数形结合的思想求解,将解题直观化.
解:如图6,过点M做准线的垂线MN,设x轴与准线l交与点G,过点F做FH⊥NM,垂足为H,由抛物线的定义知|MF|=|MN|,设|MF|=x,在Rt△HFM中,|HM|=1/2x,则|NH|=|MN|-|MH|=12x,又|NH|=|GF|=2,故12x=2,x=4,即|MF|=4.
注:教参上的解题过程是先求直线MF的方程,再将直线MF的方程与抛物线方程联立解出M的坐标,再利用两点间的坐标公式求解,这种做法比较繁琐,计算容易出错,将“数”与“形”结合是亮点所在.
通过对以上几个问题的探讨,我们已经知道数形结合思想在解题中的魅力所在,在高中,从集合到函数,从函数到方程,再从方程到概率和立体几何都可以看到数形结合的广泛运用,作为一个重要的思想方法,教师在教学中要加强学生这方面的训练,使得学生在学习中不断的摸索,积累经验,提高知识的认知结构,同时增加学习的趣味性.
[浙江师范大学(321001)]
一、数形结合的内涵和重要性
数字与图形,作为高中数学中两个重要的信息载体,代表的是代数与几何两个学科的联系,各个学科之间是相互联系的,这样数形结合这个思想因此产生.数形结合从字面上来看就是在解决较为抽象的数学问题时,通过对相对具体的图象分析,间接的去解决原问题,这是一种从抽象到直观,从复杂到简单的过程;当然数形结合的思想远远不止这个方面,因为数和形之间并无主次、轻重的关系,数和形是可以相互转化的.
总的来说数形结合就是根据数学问题的条件和结论之间的内在关系,既分析其代数关系又要揭示其几何意义,使得数量关系和几何表达式结合起来,将问题简化.
二、 数形结合在高中数学教学中的体现
1.“以数解形”
在很多的问题中,题目可能只是给了一个图形和简单的描述,这样对学生来说感觉就比较抽象,这时我们就需要根据图形找出尽可能多的隐含条件,利用代数运算去分析题目,这种类型的题目经常出现在函数和空间立体几何中出现.
例1如图1,已知ABCD是上、下底边分别为2和6,高为3的等腰梯形,将它沿其对称轴OO1折成直二面角,如图2.1证明:AC⊥BO1;(2)求二面角O-AC-O1余弦的大小.
2.“以形助数”
与以数解形相对,当题目只是给出部分代数关系时,我们要将代数语言转化为几何的语言,画出图象,根据图象反映出的问题求解,因为相比数字运算,直接的观察图象更加的直观,所以这个方法非常的实用,比以数解形用的更广.
例2已知M={(x,y)|y=9-x2,y≠0},N={(x,y)|y=x+b},P=M∩N,P为单元素集合,求b的范围.
例3如图所示,M为抛物线y2=4x上一点,F是抛物线的焦点,以Fx为始边,FM为终边的角,xFM=60°;求|FM|.
图5图6分析:这是一道典型的圆锥曲线中的求距离的问题,一般涉及到曲线上的点到焦点或准线距离时,可以根据定义,利用数形结合的思想求解,将解题直观化.
解:如图6,过点M做准线的垂线MN,设x轴与准线l交与点G,过点F做FH⊥NM,垂足为H,由抛物线的定义知|MF|=|MN|,设|MF|=x,在Rt△HFM中,|HM|=1/2x,则|NH|=|MN|-|MH|=12x,又|NH|=|GF|=2,故12x=2,x=4,即|MF|=4.
注:教参上的解题过程是先求直线MF的方程,再将直线MF的方程与抛物线方程联立解出M的坐标,再利用两点间的坐标公式求解,这种做法比较繁琐,计算容易出错,将“数”与“形”结合是亮点所在.
通过对以上几个问题的探讨,我们已经知道数形结合思想在解题中的魅力所在,在高中,从集合到函数,从函数到方程,再从方程到概率和立体几何都可以看到数形结合的广泛运用,作为一个重要的思想方法,教师在教学中要加强学生这方面的训练,使得学生在学习中不断的摸索,积累经验,提高知识的认知结构,同时增加学习的趣味性.
[浙江师范大学(321001)]