1、任何涉及到时间的瞬时变化率、空间的逐点变化率,都是导数的应用;2、具体而言,只要涉及到比值的物理量,都存在导数的运用。 例如: 速度、角速度、加速度、角加速度、功率、压强、电流强度、电动势、 比热、压缩系数、膨胀系数、、、、、、、、3、在任何自然学科、工程学科、经济学科、人文学科、、、、处处都是运用, 写上一千万本书,也是冰山一角。4、微积分在几百年前就已经非常成熟了,我们对微积分的理论建立,没有一丝 半毫的贡献。庞大的现代数学、科学、工程、经济理论的建立,与我们毫不 相干。一切的一切,我们只是学习别人的理论,迄今依然到处充满歪解。5、导数的学习、运用,在英美是从初中开始的。比我们的高三学生学的内容要 深、广很多;他们的高中课程是我们大一大二的内容。6、楼主的问题,是被教师忽悠了。这完全谈不上是论文,至多只是初中生的读书 心得。夸张成论文,显示出的是出题教师的低劣,是对学生的智力的毁灭。这 种教师,百分之一百万是滥竽充数、害人子弟的货色!为有这样的教师,感到悲哀,感到愤怒!为可怜的学生,感到绝望!
高考数学中导数试题的研究可以结合历年高考数学来分析不然是会很空洞Q我帮写
函数的导数表示函数在一点处(瞬时)随自变量变化快慢的程度。利用它,可以直接研究函数及其图像在一点处的变化性质(例如瞬时速度、切线斜率等)。为了应用导数研究函数在区间上的变化性质,先要熟悉微分学的中值定理。1. 中值定理微分学中有费马引理、罗尔定理和拉格朗日中值定理。拉格朗日定理 如果函数 满足:(ⅰ)在闭区间 , 上连续;(ⅱ)在开区间 , 内可导,则在 , 内至少存在一点 ,使或由图3容易理解,当函数 满足(ⅰ)、(ⅱ),即 是条连续曲线并且在 , 内的每点处有切线时,那么在曲线上(只要把弦AB平行移动)至少有一点P(在图中是 ),使得曲线在该点处的切线与弦AB平行,也就是说,P点处的切线斜率 和弦AB的斜率 相等。需要注意的是,拉格朗日定理并没有给出求 值的具体方法,它只是肯定了 值的存在,并且至少有一个。如图3中的函数 ,在 , 有 与 两个。拉格朗日定理的意义是:建立了函数 在区间 , 上的改变量 与函数在区间 , 内某一点 处的导数之间的关系,从而为用导数去研究函数在区间上的性质提供了理论基础。2. 用导数研究函数的性质为了使论述方便,我们将使用记号 和 ,它们分别表示开区间 , 和闭区间 , 。现在我们利用导数来研究函数的单调性。设函数 在 上连续,在 上可导。如果函数 在 上单调增加,那么,它的图形是一条沿 轴正向上升的曲线,如图(a)所示,这时曲线上各点的切线斜率大于等于零( );如果函数 在 上单调减少,那么,它的图形是一条沿 轴正向下降的曲线,如图(b)所示,这时曲线上各点的切线斜率小于等于零( )。由此可见,函数的单调性与其导数的符号有着密切的联系。反过来,我们是否可以有导数的符号来判定函数的单调性呢?一阶导数的符号在 上任取两点 、 ,其中 < ,在区间[ , ]上应用微分中值定理,得到 ( < < )有上式可见,若 , ,就有 ,于是 , , 在区间 上单调递增。同理可以说明 在区间 上单调递减。由此我们可以归纳出函数单调性的判别法。设 在区间 上连续且在区间 上可导,则(1) 如果函数 在区间 上满足 ,则函数 在区间 为递增函数;(2) 如果函数 在区间 上满足 ,则函数 在区间 为递减函数。(3) 如果函数 在区间 上满足 ,则函数 在区间 为常数。此外,导数的绝对值告诉我们变化率的大小。当 绝对值较大时,函数曲线就陡峭一些; 绝对值较小时,函数曲线就平坦一些。记住这些,你就可以从一个函数的导数情况判断出函数的一些性态。曲线的上下凹性设 在某一区间内可微,一阶导数告诉我们,如果在某一区间内 ,那么 在该区间式递增的;如果在某一区间内 ,那么 在该区间式递减的。如果 在某一区间内递增,则它的函数曲线向上弯曲或称为上凹,如果 在某一区间内递减,则它的函数曲线向下弯曲或称为下凹。当 向上弯曲时,曲线切线的斜率随着 增加而增加,如图所示;当 向下弯曲时,曲线切线的斜率随着 增加而减少, 点 为函数 的拐点,即函数曲线在区域内点 的左边向上凹,在点 的右边向下凹,它是曲线由向上凹变为向下凹的分界点。二阶导数的符号函数曲线的向上凹或向下凹、曲线的拐点可以用函数的二阶导数来确定。设 在区间 上连续且在区间 上可导,则(1) 如果函数 在区间 上满足 ,则函数 在区间 为递增函数,函数曲线上凹;(2) 如果函数 在区间 上满足 ,则函数 在区间 为递减函数,函数曲线下凹。局部极值性我们说 在点 达到极大值,指的是在 的领域内 为最大,如图所示。 在点 处达到极大值,虽然 = 在整个图像中不是最大,它只是在点 领域内为最大,另一个最大值是B= ,它只是函数在区间[ , ]端点 的函数值,而 = 则是整个图像的最大值。同样, 在点 达到极小值,指的是在 的领域内 为最小,如图所示。 在点 处达到极小值,虽然 = 在整个图像中不是最小,它只是在点 领域内为最小,另一个最小值是A= ,它只是函数在区间[ , ]端点 的函数值,而 = 则是整个图像的最小值。函数的极大值和极小值概念是局部性的。如果 是函数 的一个极大值(或极小值),那只是就点 附近一个局部范围来说, 是函数 的一个极大值(或极小值),如果就函数 整个定义域来说, 不见得是函数 极大值(或极小值)。我们在微分中值定理一节曾经提到,如果函数 可导,并且点 是它的极值点,那么点 必定是它的驻点,但是函数的驻点未必是它的极值点。如函数 ,点 =0是它的驻点,但是在 内函数 是单调增加的,所以点 =0不是它的极值点,可见,函数的驻点只是可能的极值点。此外,函数在它不可导点处也可能取得极值,如函数 在点 =0处不可导,但是在该点取得极小值。最大值与最小值在前面讨论极值的基础上我们进一步讨论函数在一个区间上的最大值与最小值的求法。最大值与最小值的应用很广泛,人们做任何事情,小到日常用具的制作,大至生产科研和各类经营活动,都要讲究效率,考虑怎样以最小的投入得到最大的产出,这类问题在数学上往往可以归纳为求某一函数在某个区间内的最大与最小值的问题。现在设函数 在闭区间 , 上连续,在开区间 , 可导,根据闭区间上连续函数的性质可知,函数 在闭区间 , 的最大值、最小值必定存在;其次,如果最大值或最小值在开区间 , 内的某一点 取得,那么这个最大值或最小值 必定是函数 的一个极大值或极小值。于是,点 必定为函数 的驻点;最后,函数 的最大值或最小值也可能是在 或 处取得。我们通过一个例子来看一看最大值或最小值的求法过程。例5 求函数 在闭区间 , 上的最大值与最小值。
还有三个月就是毕业生们答辩的时间了,但是很多毕业生们目前连选题都还没有选好。时间紧迫,我立马为大家精心整理了一些大学数学系本科毕业论文题目,供毕业生们参考! 1、导数在不等式证明中的应用 2、导数在不等式证明中的应用 3、导数在不等式证明中的应用 4、等价无穷小在求函数极限中的应用及推广 5、迪克斯特拉(Dijkstra)算法及其改进 6、第二积分中值定理“中间点”的性态 7、对均值不等式的探讨 8、对数学教学中开放题的探讨 9、对数学教学中开放题使用的几点思考 10、对现行较普遍的彩票发行方案的讨论 11、对一定理证明过程的感想 12、对一类递推数列收敛性的讨论 13、多扇图和多轮图的生成树计数 14、多维背包问题的扰动修复 15、多项式不可约的判别方法及应用 16、多元函数的极值 17、多元函数的极值及其应用 18、多元函数的极值及其应用 19、多元函数的极值问题 20、多元函数极值问题 21、二次曲线方程的化简 22、二元函数的单调性及其应用 23、二元函数的极值存在的判别方法 24、二元函数极限不存在性之研究 25、反对称矩阵与正交矩阵、对角形矩阵的关系 26、反循环矩阵和分块对称反循环矩阵 27、范德蒙行列式的一些应用 28、方阵A的伴随矩阵 29、放缩法及其应用 30、分块矩阵的应用 31、分块矩阵行列式计算的若干方法 32、辅助函数在数学分析中的应用 33、复合函数的可测性 34、概率方法在其他数学问题中的应用 35、概率论的发展简介及其在生活中的若干应用 36、概率论在彩票中的应用 37、概率统计在彩票中的应用 38、概率统计在实际生活中的应用 39、概率在点名机制中的应用 40、高阶等差数列的通项,前n项和公式的探讨及应用 41、给定点集最小覆盖快速近似算法的进一步研究及其应用 42、关联矩阵的一些性质及其应用 43、关于Gauss整数环及其推广 44、关于g-循环矩阵的逆矩阵 45、关于二重极限的若干计算方法 46、关于反函数问题的讨论 47、关于非线性方程问题的求解 48、关于函数一致连续性的几点注记 49、关于矩阵的秩的讨论 _ 50、关于两个特殊不等式的推广及应用 51、关于幂指函数的极限求法 52、关于扫雪问题的数学模型 53、关于实数完备性及其应用 54、关于数列通项公式问题探讨 55、关于椭圆性质及其应用地探究、推广 56、关于线性方程组的迭代法求解 57、关于一类非开非闭的商映射的构造 58、关于一类生态数学模型的几点思考 59、关于圆锥曲线中若干定值问题的求解初探 60、关于置信区间与假设检验的研究 61、关于周期函数的探讨 62、函数的一致连续性及其应用 63、函数定义的发展 64、函数级数在复分析中与在实分析中的关系 65、函数极值的求法 66、函数幂级数的展开和应用 67、函数项级数的收敛判别法的推广和应用 68、函数项级数一致收敛的判别 69、函数最值问题解法的探讨 70、蝴蝶定理的推广及应用 71、化归中的矛盾分析法研究 72、环上矩阵广义逆的若干性质 73、积分中值定理的再讨论 74、积分中值定理正反问题‘中间点’的渐近性 75、基于高中新教材的概率学习 76、基于最优生成树的'海底油气集输管网策略分析 77、级数求和的常用方法与几个特殊级数和 78、级数求和问题的几个转化 79、级数在求极限中的应用 80、极限的求法与技巧 81、极值的分析和运用 82、极值思想在图论中的应用 83、几个广义正定矩阵的内在联系及其区别 84、几个特殊不等式的巧妙证法及其推广应用 85、几个重要不等式的证明及应用 86、几个重要不等式在数学竞赛中的应用 87、几种特殊矩阵的逆矩阵求法
(一)确定论文提要,再加进材料,形成全文的概要论文提要是内容提纲的雏型。一般书、教学参考书都有反映全书内容的提要,以便读者一翻提要就知道书的大概内容。我们写论文也需要先写出论文提要。在执笔前把论文的题目和大标题、小标题列出来,再把选用的材料插进去,就形成了论文内容的提要。(二)原稿纸页数的分配写好毕业论文的提要之后,要根据论文的内容考虑篇幅的长短,文章的各个部分,大体上要写多少字。如计划写20页原稿纸(每页300字)的论文,考虑序论用1页,本论用17页,结论用1—2页。本论部分再进行分配,如本论共有四项,可以第一项3—4页,第二项用4—5页,第三项3—4页,第四项6—7页。有这样的分配,便于资料的配备和安排,写作能更有计划。毕业论文的长短一般规定为5000—6000字,因为过短,问题很难讲透,而作为毕业论文也不宜过长,这是一般大专、本科学生的理论基础、实践经验所决定的。(三)编写提纲论文提纲可分为简单提纲和详细提纲两种。简单提纲是高度概括的,只提示论文的要点,如何展开则不涉及。这种提纲虽然简单,但由于它是经过深思熟虑构成的,写作时能顺利进行。没有这种准备,边想边写很难顺利地写下去。编写要点编写毕业论文提纲有两种方法:一、标题式写法。即用简要的文字写成标题,把这部分的内容概括出来。这种写法简明扼要,一目了然,但只有作者自己明白。毕业论文提纲一般不能采用这种方法编写。二、句子式写法。即以一个能表达完整意思的句子形式把该部分内容概括出来。这种写法具体而明确,别人看了也能明了,但费时费力。毕业论文的提纲编写要交与指导教师阅读,所以,要求采用这种编写方法。详细提纲举例详细提纲,是把论文的主要论点和展开部分较为详细地列出来。如果在写作之前准备了详细提纲,那么,执笔时就能更顺利。下面仍以《关于培育和完善建筑劳动力市场的思考》为例,介绍详细提纲的写法:上面所说的简单提纲和详细提纲都是论文的骨架和要点,选择哪一种,要根据作者的需要。如果考虑周到,调查详细,用简单提纲问题不是很大;但如果考虑粗疏,调查不周,则必须用详细提纲,否则,很难写出合格的毕业论文。总之,在动手撰写毕业论文之前拟好提纲,写起来就会方便得多。
随着学生主体的变化,新的科技成果的出现,高等数学创新成为必然的趋势。下面是我为大家整理的高等数学论文,供大家参考。
一、高等数学在地方高等职业教育中遇到的问题及解决办法
(一)数学师资力量短缺,教师学历偏低
地方高等职业学校通常有以下办学途径:一是通过改革,将原有高等专科学校升格成规范化的高等职业院校;二是将具备条件的成人高校扩大招生,强强联合办学,突出高职特色;三是发挥一些重点中专的专业优势,在校内办高职班。由于以上原因,在现阶段的高职院校中,存在一部分学历不高的数学教师,这既影响了数学课程的整体教学水平,又影响了学生整体素质的培养与发展。要解决这一问题就需要做到以下几点:1.依托全国教师培训基地和现有的高等院校教师培训机制,加强对数学课教师的培训,做到教师在职培训和脱产培训相结合,以在职培训为主,通过有计划地培训,促进教师学历达标。2.提高高职院校人才录用标准,在政策和待遇方面给予照顾,引进更多高学历、高水平的数学专业人才。
(二)学生对数学课重要性认识不够,学习热情不高
目前,在高职院校学生中普遍存在着“专业至上”的观念。他们片面地认为只要专业课学好了,其他的文化课无足轻重。所以数学课堂上出现了出勤人数少、成绩普遍偏低的情况。针对这一现象,教师应该处理好数学课和专业课之间的时间分配比例,让学生认识到二者相辅相成的关系,提高他们对数学课重要性的认识。在教学实践中,笔者发现很多学生对数学缺乏学习兴趣。他们不习惯数学的独特结构和抽象的思维方式,加之高职数学课跨度大、内容多、解析难,学生学习数学如见猛虎。这就要求教师在教学中采取灵活多变的教学方法,想方设法地全面激发学生的兴趣关注点,进而带动他们的思维,从而达到课堂气氛轻松活跃、教学成效显著的目的。兴趣是最好的老师,从心理学角度来讲,兴趣点的刺激更有利于学习者的理解和记忆。这种兴趣的培养不仅仅对学生学习目前的课程有利,对于学生今后的自主学习也会发挥出不可替代的作用。
(三)高等数学课程设置不合理,教学与实际应用脱节
由于高等职业教育的教学内容和教材体系不同,高职院校数学课程的安排与普通大学有明显的区别。它的课程设置应根据培训目标、教学计划等内容,合理安排教学方法和步骤。高职数学课程改革的目标应以培养高级技术应用型人才为建设目标,从教学内容和课程体系中择优选择,并围绕这一目标有层次有步骤地实施。比如,高职院校的数学课程设置,在统计、公共管理类的专业上,就应当凸显数学学科特点,强化概率论与数理统计等数学基础课程的教学;在涉及计算机类的高等数学课程设置时,就应该加强数学逻辑思维和离散数学的课堂教学,让学生认识到数学的重要性,从而缩短理论与实践的距离;在涉及到医学类的教学时,应开设“模糊数学”和“线性代数”两部分内容,其目的是在高职阶段让学生在基本掌握微积分知识的前提下,拓宽学生的数学视野,为今后相关的科学研究提供多样性的数学方法,同时培养学生缜密清晰的思维、严谨科学的方法和能力。
二、总结
高职教育是以培养学生应用能力为主的教育方式,所以在高职数学教学中应当强调以实际应用为主要目标,这既适应了数学教学改革的要求,也是今后的发展方向。课程改革既要侧重基础性、应用性,又要增强科学性和理论性;既要加强数学在实际当中的应用,又不应忽视数学作为独立学科的学科特色;既要把握“适度够用”原则,又要把握好它在高职教育中的重新地位,以做好数学课的学科建设工作。
一、网络教育高等数学的现状分析
1.学生方面。通过笔者多年来从事高等数学的网上教学工作来看,网络教育学院上的培养目标主要是面向成人在职人员,为社会培养更多的适用性、应用型人才。然而网络教育学生普遍数学基础较差,个别人甚至严重匿乏。包括有一部分学生没有参加过高考等高中阶段的学习,有一部分学生已参加工作多年早已将有关高等数学知识遗忘。面对这种情况,如果网络教育教师只是单纯地辅导高等数学知识,就会存在一部分学生由于基础差而跟不上高等数学的学习。另外厂部分学生不仅基础较差而且学习方法都很难适应高等数学的学习,再加上对网络教育学习环境不适应严重影响学习质量。
2.教师方面。根据网络教育的目前情况来看很多高校聘用的网络教育教师都是来自其他院校的兼职人员,他们很难把大部分精力用于网络教育高等数学的教学中。从长远发展看,网络教育学院应该拥有自己的专职教师队伍。有的高校聘用的大批高学历、高素质的教师队伍均为刚毕业的优秀人才。他们年龄较小掌习能力较强对工作充满极大热情。但由于他们从小受到传统教育观的影响,对网络教育的学生要求习惯同高校全日制统招生进行比较,而且教师队伍最初成立无历史借鉴周此缺乏一定的教学和实践经验。这就需要教师逐渐掌握网络教育学生的实际水平和个人要求充分利用网络教育的现代化教学水平遵循教学原则顺利实现高等数学的教学目的。
二、网络教育高等数学的教学初探
教学原则是有效进行教学必须遵循的基本要求。它既指导教师的教也指导学生的学应贯彻于教学过程的各个方面和始终。那么根据高等数学的教学特点,教学原则应贯彻以下几个方面:
1.科学性和思想性统一原则。网络教育学院的培养对象是成人在职人员,他们学习的侧重点偏向于跟自己职业相关的专业知识对高等数学等基础课缺乏重视肩个别学生会认为基础课无用,没有什么学习价值。这些都是学习态度不够端正掌习思想不够明确的表现。针对这种情况,可以通过网上教学向学生说明高等数学学习的重要性和必要性指出数学也是一种思想方法掌习数学的过程就是思维训练的过程。人类社会的进步与数学这门科学的广泛应用是分不开的。尤其到了现代现代数学正成为科技发展的强大动力同时也广泛和深入地渗透到各个领域。通过这些讲述河以提高学生的学习意识,为高等数学的学习奠定思想基础。另外还有很多学生学习的主动性很强但缺少科学合理的学习方法,即使花费很多的学习时间却没有达到良好的学习效果。这就需要教师加以引导通过网上教学同学生积极交流和讨论高等数学有益的学习方法,提高学生的学习能力。个人认为学习高等数学之前要对初等数学知识有一定的了解。如基本初等函数及其计算公式会在高等数学中再次重述常用的几何公式、不等式和数学归纳法会对微积分的学习有所帮助;方程的解法是学会微分方程的基础二项式定理、数列公式、因式分解公式是求有关无穷级数相关知识的基本方法等等。这些都是有益的学习方法经过实践认证得到了学生的充分肯定。
2.理论联系实际原则。传统高等数学的教学过于注重理论忽视概念产生的实际背景和数学方法的实际应用。网上教学就应该在淡化理论的同时,加深对数学概念的理解和应用。高等数学的概念可以从学生熟悉的生活实例或与专业相关联的实例引出从而激发学生的学习兴趣。如讲解导数概念时河以通过求变速直线运动瞬时速度的过程归纳出求解方法步骤撇开具体意义得到“导数(变化率)”的概念。还可根据不同专业的学生同时介绍与变化率有关的问题。适用于机电类专业学生河介绍圆周运动的角速度是转角对时间的导数、非恒定电流的电流强度是电量对于时间的导数等变化率问题适用于经济类专业学生河介绍产品总产量对时间的导数就是总产量的变化率、产品总成本对产量的导数就是产品总成本的变化率(边际成本)等等。在引用实例讲述知识后还可以引入典型例题。通过实际问题引出数学知识,再反过来论证数学知识在生活实际中应用这不仅提高了学生学习的兴趣减少了数学学习的枯燥性同时也给学生建立了一种数学建模的思想使学生所学的理论知识能够进一步联系生产实际并为其他学科服务。
大学数学论文范文
导语:无论是在学校还是在社会中,大家都写过论文,肯定对各类论文都很熟悉吧,论文是探讨问题进行学术研究的一种手段。怎么写论文才能避免踩雷呢?以下是我收集整理的论文,希望对大家有所帮助。
论文题目: 大学代数知识在互联网络中的应用
摘要: 代数方面的知识是数学工作者的必备基础。本文通过讨论大学代数知识在互联网络对称性研究中的应用,提出大学数学专业学生检验自己对已学代数知识的掌握程度的一种新思路,即思考一些比较前沿的数学问题。
关键词: 代数;对称;自同构
一、引言与基本概念
《高等代数》和《近世代数》是大学数学专业有关代数方面的两门重要课程。前者是大学数学各个专业最重要的主干基础课程之一,后者既是对前者的继续和深入,也是代数方面研究生课程的重要先修课程之一。这两门课程概念众多,内容高度抽象,是数学专业学生公认的难学课程。甚至,很多学生修完《高等代数》之后,就放弃了继续学习《近世代数》。即使对于那些坚持认真学完这两门课程的学生来讲,也未必能做到“不仅知其然,还知其所以然”,而要做到“知其所以然,还要知其不得不然”就更是难上加难了。众所周知,学习数学,不仅逻辑上要搞懂,还要做到真正掌握,学以致用,也就是“学到手”。当然,做课后习题和考试是检验是否学会的一个重要手段。然而,利用所学知识独立地去解决一些比较前沿的数学问题,也是检验我们对于知识理解和掌握程度的一个重要方法。这样做,不仅有助于巩固和加深对所学知识的理解,也有助于培养学生的创新意识和自学能力。笔者结合自己所从事的教学和科研工作,在这方面做了一些尝试。
互连网络的拓扑结构可以用图来表示。为了提高网络性能,考虑到高对称性图具有许多优良的性质,数学与计算机科学工作者通常建议使用具有高对称性的图来做互联网络的模型。事实上,许多著名的网络,如:超立方体网络、折叠立方体网络、交错群图网络等都具有很强的对称性。而且这些网络的构造都是基于一个重要的代数结构即“群”。它们的对称性也是通过其自同构群在其各个对象(如:顶点集合、边集合等)上作用的传递性来描述的。
下面介绍一些相关的概念。一个图G是一个二元组(V,E),其中V是一个有限集合,E为由V的若干二元子集组成的集合。称V为G的顶点集合,E为G的边集合。E中的每个二元子集{u,v}称为是图G的连接顶点u与v的一条边。图G的一个自同构f是G的顶点集合V上的一个一一映射(即置换),使得{u,v}为G的边当且仅当{uf,vf}也为G的边。图G的全体自同构依映射的合成构成一个群,称为G的全自同构群,记作Aut(G)。图G称为是顶点对称的,如对于G的任意两个顶点u与v,存在G的自同构f使得uf=v。图G称为是边对称的,如对于G的任意两条边{u,v}和{x,y},存在G的自同构f使得{uf,vf}={x,y}。
设n为正整数,令Z2n为有限域Z2={0,1}上的n维线性空间。由《近世代数》知识可知,Z2n的加法群是一个初等交换2群。在Z2n中取出如下n个单位向量:
e1=(1,0,…,0),e2=(0,1,0,…,0),en=(0,…,0,1)。
●n维超立方体网络(记作Qn)是一个以Z2n为顶点集合的图,对于Qn的任意两个顶点u和v,{u,v}是Qn的一条边当且仅当v-u=ei,其中1≤i≤n。
●n维折叠立方体网络(记作FQn)是一个以Z2n为顶点集合的图,对于Qn的任意两个顶点u和v,{u,v}是Qn的一条边当且仅当v-u=ei(1≤i≤n)或者v-u=e1+…+en。
●n维交错群图网络(记作AGn)是一个以n级交错群An为顶点集合的图,对于AGn的任意两个顶点u和v,{u,v}是AGn的一条边当且仅当vu-1=ai或ai-1,这里3≤i≤n,ai=(1,2,i)为一个3轮换。
一个自然的问题是:这三类网络是否是顶点对称的?是否边对称的?但值得我们注意的是,这些问题都可以利用大学所学的代数知识得到完全解决。
二、三类网络的对称性
先来看n维超立方体网络的对称性。
定理一:n维超立方体网络Qn是顶点和边对称的。
证明:对于Z2n中的任一向量x=(x1,…,xn),如下定义V(Qn)=Z2n上面的一个映射:f(x):u→u+x,u取遍V(Qn)中所有元素。容易验证f(x)是一个1-1映射。(注:这个映射在《高等代数》中已学过,即所谓的平移映射。)而{u,v}是Qn的一条边,当且仅当v-u=ei(1≤i≤n),当且仅当vf(x)-uf(x)=ei(1≤i≤n),当且仅当{v(fx),u(fx)}是Qn的一条边。所以,f(x)也是Qn的一个自同构。这样,任取V(Qn)中两个顶点u和v,则uf(v-u)=v。从而说明Qn是顶点对称的。
下面证明Qn是边对称的。只需证明:对于Qn的任一条边{u,v},都存在Qn的自同构g使得{ug,vg}={0,e1},其中0为Z2n中的零向量。事实上,{uf(-u),vf(-u)}={0,v-u},其中v-u=ei(1≤i≤n)。显然,e1,…,ei-1,ei,ei+1,…,en和ei,…,ei-1,e1,ei+1,…,en是Z2n的两组基向量。由《高等代数》知识可知存在Z2n上的可逆线性变换t使得t对换e1和ei而不动其余向量。此时易见,若{a,b}是Qn的一条边,则a-b=ej(1≤j≤n)。若j=1,则at-bt=ei;若j=i,则at-bt=e1;若j≠1,i,则at-bt=ej;所以{at,bt}也是Qn的一条边。由定义可知,t是Qn的一个自同构。进一步,{0t,(v-u)t}={0,e1},即{uf(-u)t,vf(-u)t}={0,e1}。结论得证。
利用和定理一相似的办法,我们进一步可以得到如下定理。
定理二:n维折叠立方体网络FQn是顶点和边对称的。
最后,来决定n维交错群图网络的对称性。
定理三:n维交错群图网络AGn是顶点和边对称的。
证明:首先,来证明AGn是顶点对称的。给定An中的一个元素g,如下定义一个映射:R(g):x→xg,其中x取遍An中所有元素。容易验证R(g)为AGn顶点集合上上的一个1-1映射。(注:这个映射在有限群论中是一个十分重要的'映射,即所谓的右乘变换。)设{u,v}是AGn的一条边,则vu-1=ai或ai-1,这里1≤i≤n。易见,(vg)(ug)-1=vu-1。所以,{vR(g),uR(g)}是AGn的一条边。因此,R(g)是AGn的一个自同构。这样,对于AGn的任意两个顶点u和v,有uR(g)=v,这里g=u-1v。这说明AGn是顶点对称的。
下面来证明AGn是边对称的。只需证明对于AGn的任一条边{u,v},都存在AGn的自同构g使得{ug,vg}={e,a3},其中e为An中的单位元。给定对称群Sn中的一个元素g,如下定义一个映射:C(g):x→g-1xg,其中x取遍An中所有元素。由《近世代数》知识可知,交错群An是对称群Sn的正规子群。容易验证C(g)是AGn的顶点集合上的一个1-1映射。(注:这个映射其实就是把An中任一元素x变为它在g下的共轭。这也是有限群论中一个十分常用的映射。)令x=(1,2),y(j)=(3,j),j=3,…,n。下面证明C(x)和C(y(j))都是AGn的自通构。取{u,v}为AGn的任一条边,则vu-1=ai或ai-1。从而,vC(x)(u-1)C(x)=(x-1vx)(x-1u-1x)=x-(1vu-1)x=ai-1或ai。
因此,{uC(x),vC(x)}也是AGn的一条边。从而说明C(x)是AGn的自通构。同理,若j=i,有vC(y(j))(u-1)C(y(j))=a3-1或a3;若j≠i,则有vC(y(j))(u-1)C(y(j))=ai-1或ai。这说明{uC(y(j)),vC(y(j))}也是AGn的一条边,从而C(y(j))是AGn的自通构。现在,对于AGn的任一条边{u,v},令g=u-1,则{uR(g),vR(g)}={e,vu-1}={e,ai}或{e,ai-1}。若i=3,则{e,a3-1}C(x)={e,a3}。而若i≠3,则{e,ai}C(y(j))={e,a3}而{e,ai-1}C(y(j))={e,a3-1}。由此可见,总存在AGn的自同构g使得{ug,vg}={e,a3},结论得证。
至此,完全决定了这三类网络的对称性。不难看出,除了必要的图论概念外,我们的证明主要利用了《高等代数》和《近世代数》的知识。做为上述问题的继续和深入,有兴趣的同学还可以考虑以下问题:
1、这些网络是否具有更强的对称性?比如:弧对称性?距离对称性?
2、完全决定这些网络的全自同构群。
实际上,利用与上面证明相同的思路,结合对图的局部结构的分析,利用一些组合技巧,这些问题也可以得到解决。
三、小结
大学所学代数知识在数学领域中的许多学科、乃至其他领域都有重要的应用。笔者认为任课教师可以根据自己所熟悉的科研领域,选取一些与大学代数知识有紧密联系的前沿数学问题,引导一些学有余力的学生开展相关研究,甚至可以吸引一些本科生加入自己的课题组。当然,教师要给予必要的指导,比如讲解相关背景知识、必要的概念和方法等。指导学生从相对简单的问题入手,循序渐进,由易到难,逐步加深对代数学知识的系统理解,积累一些经验,为考虑进一步的问题奠定基础。
结束语
本文所提到的利用《高等代数》和《近世代数》的知识来研究网络的对称性就是笔者在教学工作中曾做过的一些尝试。在该方面,笔者指导完成了由三名大三学生参加的国家级大学生创新实验项目一项。这样以来,学生在学习经典数学知识的同时,也可以思考一些比较前沿的数学问题;学生在巩固已学知识的同时,也可以激发其学习兴趣,训练学生的逻辑思维,培养学生的创新思维,以及独立发现问题和解决问题的能力。
【摘要】
随着数学文化的普及与应用,学术界开始重视对于数学文化的相关内容进行挖掘,这其中数学史在阶段我国大学数学教学之中,具有着重要的意义。从实现大学数学皎月的两种现象进行分析,在揭示数学本质的基础上,着重分析数学史在我国大学数学教育之中的重要作用,强调在数学教学之中利用数学史进行启发式教学活动。本文从数学史的角度,对于大学数学教学进行全面的分析,从中分析出适合我国大学数学教育的主要意义与作用。
【关键词】
数学史;大学数学教育;作用
一、引言
数学史是数学文化的一个重要分支,研究数学教学的重要部分,其主要的研究内容与数学的历史与发展现状,是一门具有多学科背景的综合性学科,其中不仅仅有具体的数学内容,同时也包含着历史学、哲学、宗教、人文社科等多学科内容。这一科目,距今已经有二千年的历史了。其主要的研究内容有以下几个方面:
第一,数学史研究方法论的相关问题;
第二,数学的发展史;
第三,数学史各个分科的历史;
第四,从国别、民族、区域的角度进行比较研究;
第五,不同时期的断代史;
第六、数学内在思想的流变与发展历史;
第七,数学家的相关传记;
第八,数学史研究之中的文献;
第九,数学教育史;
第十,数学在发展之中与其他学科之间的关系。
二、数学史是在大学数学教学之中的作用
数学史作为数学文化的重要分支,对于大学数学教学来说,有着重要的作用。利用数学史进行教学活动,由于激发学生的学习兴趣,锻炼学生的思维习惯,强化数学教学的有效性。
笔者根据自身的教学经验,进行了如下总结:首先,激发学生的学习兴趣,在大学数学的教学之中应用数学史,进行课堂教学互动,可以最大限度的弱化学生在学习之中的困难,将原本枯燥、抽象的数学定义,转变为简单易懂的生动的事例,具有一定的指导意义,也更便于学生理解。
从学生接受性的角度来讲,数学史促进了学生的接受心理,帮助学生对于数学概念形成了自我认知,促进了学生对于知识的透彻掌握,激发了学生兴趣的产生。其次,锻炼学生的创新思维习惯,数学史实际意义上来说,有很多讲授数学家在创新思维研发新的理论的故事,这些故事从很多方面对于当代大学生据有启迪作用。例如数学家哈密顿格拉斯曼以及凯利提出的不同于普通代数的具有某种结构的规律的代数的方法代开了抽象代数的研究时代。用减弱或者勾去普通代数的各种各样的假设,或者将其中一个或者多个假定代之一其他的假定,就有更多的体系可以被研究出来。这种实例,实际上让学生从更为根本的角度对于自己所学的代数的思想进行了了解,对于知识的来龙去脉也有了一定的认识,针对这些过程,学生更容易产生研究新问题的思路与方法。
再次,认识数学在社会生活之中的广泛应用,在以往的大学数学教学之中,数学学科往往是作为一门孤立的学科而存在的,其研究往往是形而上的研究过程,人们对于数学的理解也是枯燥的,是很难真正了解到其内涵的。但是数学史的应用,与其在大学数学教学之中的应用,可以让学生了解到更多的在社会生活之中的数学,在数学的教学之中使得原本枯燥的理论更加贴近生活,更加具有真实性,将原本孤立的学科,拉入到了日常生活之中。从这一点上来说,数学史使得数学更加符合人类科学的特征。
三、数学史在大学数学教学之中的应用
第一,在课堂教学之中融入数学史,以往枯燥的数学课堂教学,学生除了记笔记验算,推导以外,只能听老师讲课,课堂内容显得比较生硬,教师针对数学史的作用,可以在教学之中融入数学史,在教学活动之中将数学家的个人传记等具有生动的故事性的数学史内容,进行讲解,提高学生对于课堂教学的兴趣。例如一元微积分学的相关概念,学生在普通的课堂之中,很难做到真正意义的掌握,而更具教学大纲,多数老师的教学设计是:极限——导数与微分——不定积分——定积分。这种传统的教学方式虽然比较呼和学生的一般认知规律,但是却忽视了其产生与又来,教师在教学之中可穿插的讲授拗断——莱布尼茨公式的又来,将微积分艰难的发展史以故事的形式呈现出来,更加便于学生理解的同时也激发了学生的学习热情。
第二,利用数学方法论进行教学,数学方法论是数学史的之中的有机组成部分,而方法论的探索对于大学数学教学来说,也具有着重要的意义,例如在极限理论的课堂教学来说,除了单纯的对于极限的相关概念进行讲解的基础上,也可以将第二次数学危机以及古希腊善跑英雄阿基里斯永远追不上乌龟等相关故事,融入到课堂之中。这种让学生带着疑问的听课方式,更进一步促进了学生对于教学内容的兴趣,全面的促进了学生在理解之中自然而然的形成了理解极限的形成思想,并逐渐的享受自身与古代数学家的共鸣,从而促进自身对于数学的理解,提高学生的学习兴趣,进一步提高课堂的教学效果。所以,在大学数学课堂教学之中,融入数学史的相关内容,不仅具有积极的促进作用,同时在实践之中,也具有一定的可操作性。这种教学模式与方法对于提高我国大学数学教学的质量有着积极的推动作用,同时也更进一步推动了大学数学教学改革的进行。
作为工科类大学公共课的一种,高等数学在学生思维训练上的培养、训练数学思维等上发挥着重要的做用。进入新世纪后素质教育思想被人们越来越重视,如果还使用传统的教育教学方法,会让学生失去学习高等数学的积极性和兴趣。以现教育技术为基础的数学建模,在实际问题和理论之间架起沟通的桥梁。在实际教学的过程中,高数老师以课后实验着手,在高等数学教学中融入数学建模思想,使用数学建模解决实际问题。
一、高等数学教学的现状
(一)教学观念陈旧化
就当前高等数学的教育教学而言,高数老师对学生的计算能力、思考能力以及逻辑思维能力过于重视,一切以课本为基础开展教学活动。作为一门充满活力并让人感到新奇的学科,由于教育观念和思想的落后,课堂教学之中没有穿插应用实例,在工作的时候学生不知道怎样把问题解决,工作效率无法进一步提升,不仅如此,陈旧的教学理念和思想让学生渐渐的失去学习的兴趣和动力。
(二)教学方法传统化
教学方法的优秀与否在学生学习的过程中发挥着重要的作用,也直接影响着学生的学习成绩。一般高数老师在授课的时候都是以课本的顺次进行,也就意味着老师“由定义到定理”、“由习题到练习”,这种默守陈规的教学方式无法为学生营造活跃的学习氛围,让学生独自学习、思考的能力进一步下降。这就要求教师致力于和谐课堂氛围营造以及使用新颖的教育教学方法,让学生在课堂中主动参与学习。
二、建模在高等数学教学中的作用
对学生的想象力、观察力、发现、分析并解决问题的能力进行培养的过程中,数学建模发挥着重要的作用。最近几年,国内出现很多以数学建模为主体的赛事活动以及教研活动,其在学生学习兴趣的提升、激发学生主动学习的积极性上扮演着重要的角色,发挥着突出的作用,在高等数学教学中引入数学建模还能培养学生不畏困难的品质,培养踏实的工作精神,在协调学生学习的知识、实际应用能力等上有突出的作用。虽然国内高等院校大都开设了数学建模选修课或者培训班,但是由于课程的要求和学生的认知水平差异较大,所以课程无法普及为大众化的教育。如今,高等院校都在积极的寻找一种载体,对学生的整体素质进行培养,提升学生的创新精神以及创造力,让学生满足社会对复合型人才的需求,而最好的载体则是高等数学。
高等数学作为工科类学生的一门基础课,由于其必修课的性质,把数学建模引入高等数学课堂中具有较广的影响力。把数学建模思想渗入高等数学教学中,不仅能让数学知识的本来面貌得以还原,更让学生在日常中应用数学知识的能力得到很好的培养。数学建模要求学生在简化、抽象、翻译部分现实世界信息的过程中使用数学的语言以及工具,把内在的联系使用图形、表格等方式表现出来,以便于提升学生的表达能力。在实际的学习数学建模之后,需要检验现实的信息,确定最后的结果是否正确,通过这一过程中的锻炼,学生在分析问题的过程中可以主动地、客观的辩证的运用数学方法,最终得出解决问题的最好方法。因此,在高等数学教学中引入数学建模思想具有重要的意义。
三、将建模思想应用在高等数学教学中的具体措施
(一)在公式中使用建模思想
在高数教材中占有重要位置的是公式,也是要求学生必须掌握的内容之一。为了让教师的教学效果进一步提升,在课堂上老师不仅要让学生对计算的技巧进一步提升之余,还要和建模思想结合在一起,让解题难度更容易,还让课堂氛围更活跃。为了让学生对公式中使用建模思想理解的更透彻,老师还应该结合实例开展教学。
(二)讲解习题的时候使用数学模型的方式
课本例题使用建模思想进行解决,老师通过对例题的讲解,很好的讲述使用数学建模解决问题的方式,让学生清醒的认识在解决问题的过程中怎样使用数学建模。完成每章学习的内容之后,充分的利用时间为学生解疑答惑,以学生所学的专业情况和学生水平的高低选择合适的例题,完成建模、解决问题的全部过程,提升学生解决问题的效率。
(三)组织学生积极参加数学建模竞赛
一般而言,在竞赛中可以很好地锻炼学生竞争意识以及独立思考的能力。这就要求学校充分的利用资源并广泛的宣传,让学生积极的参加竞赛,在实践中锻炼学生的实际能力。在日常生活中使用数学建模解决问题,让学生独自思考,然后在竞争的过程中意识到自己的不足,今后也会努力学习,改正错误,提升自身的能力。
四、结束语
高等数学主要对学生从理论学习走向解决实际问题的能力进行培养,在高等数学中应用建模思想,促使学生对高数知识更充分的理解,学习的难度进一步降低,提升应用能力和探索能力。当前,在高等教学过程中引入建模思想还存在一定的不足,需要高校高等数学老师进行深入的研究和探索的同时也需要学生很好的配合,以便于今后的教学中进一步提升教学的质量。
一、数学知识研究 传统上认为数学教师至少要掌握他所教的数学知识。班级授课制成熟后,人们开始同意这样一个原则:除了所教的数学知识以外,数学教师还需要掌握像组织教学、控制课堂秩序等一些教学知识。随着教学研究的深入,人们发现教师仅仅知道他所教的数学的术语、概念、命题、法则等知识是不够的。…除此之外,教师还要知道数学的学科结构。学科结构的概念最早源于Schwab。他指出了理解学科结构的两种方式:一个方式是句法性地(syntactically),另一个方式是实体性地(substantively)。所谓句法性地是指从学科所表现出来的逻辑结构方面去了解学科结构。比如,引入无理数表示不可公度线段,引入负数与复数表示某些方程的解。前者可以看到,后者看不到,仅是为了保持方程都有解这个论断的完整性和通用性所做出的一种假设与解释。对这三个概念含义的理解,只能通过产生这些概念的前后联系才能揭示。所谓实体性地是指从学科的概念设计角度去了解学科结构。比如,欧氏几何与解析几何有不同的概念框架。Ball把数学的学科结构知识称为关于数学的知识。它是指知识从哪里来,又是如何发展的,真理是如何确认的,又将用到哪里去。 主要有三个维度:一是约定与逻辑建构的区别。正数在数轴的右边或者我们使用十进位值制都是任意的、约定的。而0做除数没有定义或者任意一个数的零次幂都等于1就不是任意的、约定的;二是数学内部之问的联系以及数学与其他领域之间的联系;三是了解数学领域中的基本活动:寻找模式、提出猜想、证明断言、证实解法和寻求一般化。 对数学知识的研究,拓宽了人们对教学用的数学知识的理解。它显示教学用的数学知识是很复杂的,除了术语、概念、法则、程序之外,还有数学学科结构或者关于数学的知识。这些知识对于教师确定为什么教、选择教什么和怎么教都会产生影响。比如,约定的与逻辑建构的概念的教学策略会有很大的不同,逻辑建构的概念就必须讲清楚它怎么来的,为什么要定义这个概念,怎样定义,它会有什么用,它与其他的概念的关系是怎样的,它的应用有哪些限度。而约定的概念就没有这些必要。但是,有效地数学教学,仅仅具有上述知识还不够。它缺少对学生的考虑,不能给教师提供教授一群特定的学生所必须的教学上的理解。比如,仅仅通过推导知道(+6)=a+2ab+b对有效教学是不够的,教师还需要知道一些学生容易把分配律过度推广而记成+6)=a+b,知道用矩形的面积表征可以有效地消除这一误解。学生误解的知识与消除误解的教学策略显然不能纳入数学知识的框架,教学用的数学知识的复杂性要求更精致的框架来描述。 二、教材分析研究 有效的教学必须考虑学生已有的知识和知识呈现的最佳序列。在数学学科中,马力平的知识包(Knowledgepackage)是国际上较为典型的此类研究。知识包是围绕着一个中心概念而组织起来的一系列相关概念,是在学生的头脑里培育这样一个领域的纵向过程。(n知识包含有三种主要成分:中心概念、概念序列和概念结点,也包括概念的表征、意义和建立在这些概念之上的算法。下例是20以内数的加减法的知识包(图1)。在这个知识包内,中心概念是20至100数的“借位减法”,它是学习多位数的加减的关键前提。 马力平的知识包实际上是我国内地传统的教材分析研究。这类研究结果是教学参考书的主要内容之一。它是一种课程知识,是教师对课程的分析,比对数学知识的分析更接近教学用的数学。但它也不是教师教学时使用的数学知识。它最多是教师对教学的考虑,没有考虑师生互动时产生的数学需求。教师在教学时,能够动员起来的知识不一定符合教学情境的需要。比如教师预期的一种学生的反应在与学生的互动中没有出现,教师以学生的这种反应为跳板的后继知识就没有了用武之地。马力平概括出的知识包,与教师在课堂教学时使用的数学知识还有一段距离,教师在教学时可能用得上,也可能用不上。教师在教学时所需要的数学知识远远超出教材分析所能提供的内容。
数学中的测量在现实生活中的应用一、创设教学情景,使“数学教学生活化”。以此激发学生的学习兴趣,调动学生积极性。 创设教学情境是模拟生活,使课堂教学更贴近现实生活,让学生身临其境,如见其人,如闻其声,加强感知,突出重点,突破难点,激发兴趣,开发思维。课堂教学中如何创设教学情境呢?我认为可这样做: 1、运用实例创设情境。如教学循环小数概念时,我给学生讲永远讲不完的故事:“从前,山上有座庙,庙里有个老和尚在给小和尚讲故事:老和尚说:从前山上有座庙……”,通过实例初步感知“不断重复”,再举出自然现象“水→汽→云→水”的循环变化,引出“循环”的概念。 2、运用实物(挂图)创设情境。“圆的认识”教学时,我这样引入:出示一幅颜色鲜艳的用正方形做轮子的自行车,问同学们这自行车漂亮吗?喜不喜欢?为什么?学生们回答:“不喜欢。因为这车虽然漂亮但踩不动。”我把正方形车轮换成椭圆后再问学生喜不喜欢,同学们还是说不喜欢,因为骑这样的自行车,即使是在平坦大路上也象在颠跛不平的路上骑一样,我再把椭圆形车轮换成圆形,学生才满意。 3、动手操作创设情境。在推导平行四边形面积公式时,我让学生准备几个平行四边形,鼓励他们动手操作,通过画、剪、移、拼等方法把一个平行四边形变成我们学过平面图形——长方形,观察拼成的长方形长和宽与平行四边形的底和高有什么关系,然后推导出:因为长方形面积=长×宽,所以平行四边形面积=底×高。平行四边形面积公式是学生在操作时,通过观察、思考概括而来,学生尝试到成功的快乐,不但能掌握知识,更能培养他们的信心和兴趣。 4、运用多媒体创设情境。多媒体教学具有直观、形象、具体、生活化的特点,运用多媒体创设情境,使抽象概念具体化,使难理解的问题容易化。如教学“长方体的认识”时,相对的面完全相同,相对的棱长度相等,我运用电脑平移两个面和相应的棱,使学生看见两个相对的面完全重合,相对的棱完全相等,从而达到具体,直观的效果。 5、 模拟生活创设情境。如教学两步加减的应用题时,要求每个小组的同学可以邀请别组的同学参加,小组人数可以比原来的人数多也可以比原来的少。 第一小组:我这组原来6人,走了2人,来了4人,现在有8人。 问:谁能把第一小组人员变化情况列成式子?6-2+4=8(人) 又问:谁把它编成求“现在有多少人?”的应用题。 第二小组:我这组原来6人,先来了2人,后面又来了3人,现在有11人。…… 通过若干个小组的汇报训练,学生在活动中完成了两步加减的应用题学习。 创设生活化的情景,让学生经历将现实问题抽象成数学模式的过程。 如我在教三年级教学《分数的初步认识》时,我就安排了这样一个游戏:先请上男、女学生各一名站在讲台前,然后,我拿出4个月饼,请其余学生用手指表示每人分到的月饼个数。要求大家仔细听老师要求,然后做。我边分边说:“我有4个月饼,平均分给蔡伟和熊娴,请用手指个数表示每人分到的月饼个数”。学生很快伸出2个手指。我接着问如果只有一个月饼,要平均分给蔡伟和熊娴,请用手指表示每人分到的月饼个数,这时,许多同学都难住了,有的同学伸出弯着的一个手指,问他表示什么意思,回答说,因为每人分到半个月饼,我进一步问:你能用一个数来表示“半个”吗?学生被问住了。此时,一种新的数(分数)的学习,成了学生自身的欲望,这样创设了一个与生活相关的教学情景,就激发了学生学习的兴趣,激起了学生解决问题的欲望。 二、研究生活中的数学,使数学课堂教学生活化。 知识是前人在生活中积累的经验或是揭示出的规律,而教学目标是为了掌握规律及学习发现规律的方法。我们老师如果只是让学生掌握知识,那就是把学生头脑当成了知识的容器,“头脑不是一个要被填满的容器,而是一把需被点燃的火把”。因此,教学中必须让学生了解知识发生的过程,但40分钟毕竟有限,因此我们老师要引导学生善于去捕促、获取、积累生活中的数学知识。 首先,要挖掘教材中生活资源。我以小学数学第十册举三个例。例1:数据的收集,要求学生在上放学途中遇到红灯时,数一数另一方向经过的大客车、小汽车、摩托车各是多少辆?例2:长方体和正方体的认识,要求学生模仿家庭中长方体和正方体用硬纸板动手做一个长方体和正长体。例3:质数和合数,分解质因数,布置作业,想一想班上每个同学的学号是质数还是合数,并把合数分解质因数。 其次,要指导学生观察生活中的教学。让学生观察生活中的数学,既可积累数学知识,更是培养学生学习数学兴趣的最佳途径。低年级学生数一数客厅的资砖、光碟等数量,比一比身高、体重,认一认周围的平面图形和立体图形。中高年级观察数学美,如形体的美、结构美等。 三、设计“数学生活化”的练习,帮助学生去发现生活中的数学问题,并应用所学的数学知识解决实际问题。使学生通过练习感觉到生活中处处有数学,数学来源于生活并应用于生活。 1、在练习过程中创造性地对教材内容进行还原和再创造,将数学练习融合于生活中,就可以使原有的练习为我所用。如我教《求平均数》(第八册)时,练习中有一题是给出一组学生身高数据,算出平均身高,来巩固平均数=总数÷个数的这种方法。我是这样做的:先给出我省十岁儿童的平均身高是140cm,问“我们组的身高水平是在平均身高之上还是不到平均身高呢?”引出要算本组平均身高,再让学生统计本小组8个人的身高,最后通过计算,得出小组的平均身高,与140cm进行比较。同样是计算学生平均身高的练习,但这样的练习设计不但巩固了求平均数的方法,还让学生明白了算平均数的必要性,也体会到生活中需要平均数;还学会了算平均数的这些数据是怎样来的;从平均数中可以获得哪些信息等等。我觉得这样的教学就达到了目标。 2、把生活中的数学原型生动地展现在课堂上,使学生眼中的数学不再是简单的做数学练习,而是富有情感、贴近生活,具有活力的东西。如我在教学长“方体和正方体的表面积”一课的练习拓展中,我设计了这样一个题目,我们的教室由于使用时间过长,比较成旧,需要重新粉刷,泥工师傅要按平方受取工资,总务处胡老师想要大家帮他算一算:我们教室要粉刷的面积是多少?请同学们明天作个答复。接着我让同学们讨论:要算出这个教室的粉刷面,需要找到那些数据,同学们准备怎么办?然后,让大家课后完成,可以合作。通过老师的点拨,激发了学生的自主探究和动手实践,学生兴趣高涨,积极动脑思考,动手实践,真正地把数学知识用到了生活当中。 总之,我们数学教师要引导学生善于思考生活中的数学,加强知识与实际联系;要做生活中的有心人,力争结合教学内容和学生的生活经验以及已有的知识,尽可能地创设一些生动有趣、贴近生活、富有生活气息的情景和练习,使学生切实体验到“生活离不开数学”,“人人身边有数学”,用数学可以解决生活中的实际问题,从而对数学产生亲切感,和浓厚的学习兴趣,增强学生对数学知识的应用意识,培养学生的自主创新能力和解决问题的能力。我对“数学教学生活化”的点滴尝试
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1、本课题研究的现状。
2、本课题研究的内容。
3、本课题研究的意义。
选题意义和目的一般作为开题报告里面的第一块内容,是阐述你所研究的这个选题有没有专研究价值或者说讨论价值的。
写开题报告的目的,其实就是要请导师来评判我们这个选题有没有研究价值、这个研究方法有没有可能奏效、这个论证逻辑有没有明显缺陷。
写意义的时候根据你的选题来决定形式,可以分现实意义和理论意义,也可以不细分,把目的和意义和在一起写,总之突出你观点的新颖和重要性即可。
论文种类
1、专题型
这是分析前人研究成果的基础上,以直接论述的形式发表见解,从正面提出某学科中某一学术问题的一种论文。
2、论辩型
这是针对他人在某学科中某一学术问题的见解,凭借充分的论据,着重揭露其不足或错误之处,通过论辩形式来发表见解的一种论文。
3、综述型
这是在归纳、总结前人或今人对某学科中某一学术问题已有研究成果的基础上,加以介绍或评论,从而发表自己见解的一种论文。
4、综合型
这是一种将综述型和论辩型两种形式有机结合起来写成的一种论文。
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1. 论题的背景及意义
例:...研究有利于全面...的特点,可以丰富现...的研究。
这一...研究可以弥补......研究的不足,深化与之密切相关......的研究......研究。
......角度进行研究,运用相关的......理论分析...问题,突破传统的......的角度去研......的模式,使......的研究能从一个新的角度获得解决方法。
2. 国内外研究现状
例:......在国际的研究现状;......国内的研究现状。
文献评述(把上面的国内外的研究现状总结一下即可)
3. 研究目标、研究内容和拟解决的问题
A研究目标与内容
例:
本文拟......分析......分析两部分。首先对......情况重新审视,深入分析......,然后与其相关的......进行异同比较,最后归纳......的类型,并得......启示。本文的研究重点是.....情况
B拟解决的问题
例:
根据对......的现有研究成果,在全面考察的......情况下,结合......综合考虑......因素,以确定......
绘制相应的......模型后,通过实验结论证实其......的有效性和合理性。
4. 研究方法
例:
文献研究法:通过图书馆、互联网、电子资源数据库等途径查阅大量文献,理解......等相关知识,理清......的发展脉络及研究现状,槐早搏学习......有关理论,获取......等相关数据信息,为设计......提供思路和参照。
实验铅祥研究法:通过设计......选取......,进行数据分析,考察.......。
统计分析法:运用......数据分析软件,采用人工操作和计算机统计向结合的方法,进行定性与定量分析。经过人工和计算机校对筛选睁戚出所有合乎要求的信息,在定量研究的基础上进行定性分析。
5. 创新之处和预期成果
例:
通过与现......技术的结合,使用......软件设计模型,......运用到......方面提供新的视角。
6. 进度计划(根据自己院校修改相应时间即可)
例:
2020年10月中旬-2020年11月底确定论文选题,完成开题报告及答辩。
2020年12月初-2021年1月底撰写论文大纲完成论文前X章
2021年2月初-2021年2月底撰写论文后X章,完成初稿。
2021年3月初-20213月底交导师审批修改,完成二稿。
2021年4月初-2021年4月底进一步修改格式,完成三稿。
2021年5月初-2021年5月中旬查重定稿,装订成册及论文答辩准备。
7. 已取得的研究工作成绩
例:
已积累了一定的相关文献,初步研读了其中的大部分文献,并将其分类以方便日后查阅参考,基本完成了本研究的准备工作。
8. 已具备的研究条件、尚缺少的研究条件和拟解决的途径
已具备的研究条件
例:
已经查阅到相关的论文和著作,并且研读了其的大部分文献,理清了论文的基本思路。
尚缺少的研究条件
例:
由......的使用权限有限,使得搜集到......不多,关......的搜集比较困难。
对......的理论知识的掌握还不够,自己......理论素养还不够深厚。
拟解决的途径
例:
利用图书馆的文献传递功能,向其他高校图书馆求助,同时向老师和前辈寻求帮助
浅谈本科毕业论文的开题报告
导语:大学本科毕业论文是培养本科生创新意识和创新能力的有机环节,是大学本科生今后就读研究生、从事科研工作的前期训练。开题报告是本科生毕业论文写作中必不可少的重要环节,在毕业论文写作中举足轻重。笔者拟就大学本科毕业论文开题报告的撰写和答辩问题进行探讨。下面是我收集的浅谈本科毕业论文的开题报告,希望对你有所帮助。
一、开题报告的含义
本科毕业论文的开题报告是大学本科生在完成文献调研(文献资料的收集与文献综述的撰写)后写成的关于毕业论文选题与如何实施的论述性报告,是开题者对毕业论文课题的一种文字说明材料。开题报告主要说明选题应该进行研究,自己有条件进行研究以及准备如何开展研究等问题。本科生作开题报告的时间一般在第七个学期末或者第八个学期初,即基础课程学习完成之后,研究工作实施之前。开题报告一般为表格式,它把要报告的每一项内容转换成相应的栏目,便于评审者一目了然,把握要点。
二、开题报告的意义
本科生毕业论文的开题报告一般没有硕博研究生开题报告要求严格,在深度和广度上也小于科研课题的开题报告。本科生毕业论文开题报告的主要意义在于使大学生通过毕业论文的开题,熟悉科研工作的一般步骤、流程和解决科研课题的思路与方法。同时,在本科毕业论文的形成过程中,毕业论文的开题报告是提高毕业论文选题质量和水平的重要环节。开题者可以通过开题报告把对课题的认识和想法加以整理、概括、提炼,并通过开题报告的答辩明晰解决课题的思路,纠正一些可能错误的方法,以使具体的研究目标更加明确,解决的方案更加切实可行。
三、开题报告的'内容
开题报告的主要内容一般包括选题的目的和意义、国内外研究现状综述、选题研究内容、选题研究技术路线、研究方法和要解决的关键问题、调研计划及主要参考文献。由于开题报告主要体现论文的构思和写作的大致思路,因而篇幅不必过长,一般以2000字左右为宜,但要侧重把计划研究课题的题目、研究的大致思路、拟解决的关键问题等说清楚。
1.选题目的和意义
选题目的和意义就是为什么要研究这个课题?研究这个课题的主要作用是什么?有什么理论价值或应用价值?其主要内容包括研究的有关历史背景,指出目前研究中存在的不足或现实应用中存在这个问题,有研究的必要性。
要写得具体、精炼,有针对性,不能漫无边际地空喊口号。
2.国内外研究现状综述
这一部分内容的写法与毕业论文的文献综述大致相同,但更加精炼。一般包括引言、正文和总结三部分。
3.选题研究内容
基本内容一般包括研究的对象和问题,主要介绍与课题研究有关的基本基础理论以及研究内容的确定。重点写研究过程中的主要理论、方法和需要解决的问题,可以包括对解决问题的一些假想或构思,可以问句的形式进行陈述。
4.选题研究技术路线、研究方法和需解决的关键问题“研究的技术路线”主要涉及研究中需要的一些基础理论,包括收集的文献中的一些论点或论据;“研究方法”一般指归纳、分析、证明、观察法、调查法、实验法、经验总结法等方法,确定研究方法时要叙述清楚“做些什么”和“怎样做”;“拟解决的关键问题”就是论文主要解决的问题,是开题者对需要解决的问题的构思。
5.调研计划及主要参考文献
参考文献一般应以文献综述部分所引用的第一手资料为主,以创新性强、可信度高、科学性强的核心期刊文献为主,且一般要引用新文献,这些文献相对来说容易反映选题的研究最新进展和争论焦点。参考文献格式的写法可参照一般正式发表的学术期刊上的格式来写。
调研计划中,方案的制定要做到切实可行,操作性强。因为本科毕业论文写作的周期偏短,在这一部分一般不提倡难度较大的调研方案。相反,一些电子文献的查找、简单的实验或就某个问题的问卷调查,这些方案都是可行的。
四、开题报告的答辩
关于开题报告的答辩,研究生的答辩时间一般是一个小时。由于每个教师指导的本科生较多,同时其要求没有研究生的标准高,因此本科生毕业论文开题答辩的时间较短,一般是陈述10分钟,然后评委提问和学生回答问题约10—20分钟。因此,文献综述部分宜精炼,不能为求全面而掩盖了综述的重点;同时,应该把报告陈述的重点放在拟研究的内容或关键问题上,并在陈述时对拟研究的内容进行必要的阐述,尽量解释内容的含义,以及自己对此的观点或打算着手解决的构思,使人容易明白研究方案的可行性和创新性。另外,在评委提问过程中,要注意倾听,认真思考,对不能回答的问题最好明确表示不懂,不能糊弄评委。要认识答辩的目的,答辩不是为了蒙混过关,而是通过答辩,从评委提出的问题和建议中明白研究问题的关键所在,从而使课题的研究思路和方法受到启发。
五、开题报告中应注意的问题
一般来讲,学生在写开题报告时,往往只是知道开题报告要填写的表格及需要填写的内容,但难有一个可以参考的范例。所以,在写作中仍然有许多需要注意的问题。
1.文献综述部分力求精练
简要介绍选题所涉及的主要概念、历史背景、研究现状和主要存在的问题,切忌长篇大论。关于这一部分的写作,很多同学常常是将文献综述的内容直接粘贴到开题报告中来,冲淡了开题报告的主题。正如前面所述,开题报告的重点应放在陈述拟研究的内容上而不是陈述文献综述。因此,这一部分的写作其实是单独文献综述的“综述”,即浓缩或提炼。另外,学生在写作中,要注意一些叙述的术语表达。例如,许多学生往往在开题报告中作如下的叙述:“本文主要对……问题进行了……研究”。须知,开题报告是在毕业论文形成之前就要写的,而文章还没有形成,因此建议改成“本选题主要对……问题进行……研究”。
2.拟解决的关键问题部分,在写作中要简短醒目,叙述清楚很多学生在写作此部分时,常常叙述得很多,而一些常识性的问题也成了其研究的关键问题。有同学在写作时,把一些概念的定义也作为研究关键问题,给人一个无论什么问题都是关键问题的感觉。关键问题一般应是解决问题的突破点,在这部分要把关键问题和选题用到的基础理论分清楚。
3.关于开题答辩进行中的问题
为了使评委能对开题有一个比较详细的了解,在开题时最好能用幻灯片进行演示。在演示时,应重点展示研究的思路和拟解决的关键问题,必要的时候可以边展示边口头阐述,以便评委能对方案的可行性有一个较好的把握。
4.关于开题答辩之后的问题
这一部分往往被大家所忽略,很多学生只重视开题答辩之前和进行过程中的准备工作,而对开题答辩之后的工作则极不重视,把开题报告当成了一种“期末考试”,答辩完毕后就不再考虑开题报告的问题了。实际上,开题答辩是对选题是否恰当、研究能否如期进行的一个初步检测,在答辩过程中,答辩评委往往会提许多不曾想到的问题,纠正一些可能错误的认识,帮助同学们理清解决问题的思路。答辩完毕后,应该根据答辩情况,再次修改开题报告,有时甚至可能要重新选题。
总之,一份较好的开题报告,不能仅仅停留在开题报告的一张表格上,不仅要把开题报告的表格内容填好,同时要重视开题报告进行中和答辩后的问题,在答辩完毕后还要进行修改和完善。通过这一过程的工作,开题报告的目的才算真正达到了,也为今后毕业论文的顺利写作奠定下良好的基础。
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大学高数论我知道怎么做
牛顿、莱布尼茨和微积分微积分的产生是数学上的伟大创造。它从生产技术和理论科学的需要中产生,又反过来广泛影响着生产技术和科学的发展。如今,微积分已是广大科学工作 者以及技术人员不可缺少的工具。 从微积分成为一门学科来说,是在十七世纪,但是,微分和积分的思想在古代就已经产生了。 公元前三世纪,古希腊的阿基米德在研究解决抛物弓形的面积、球和球冠面积、螺线下面积和旋转双曲体的体积的问题中,就隐含着近代积分学的思想。作为微分学基础的极限理论来说,早在古代以有比较清楚的论述。比如我国的庄周所著的《庄子》一书的“天下篇”中,记有“一尺之棰,日取其半,万世不竭”。三国时期的刘徽在他的割圆术中提到“割之弥细,所失弥小,割之又割,以至于不可割,则与圆周和体而无所失矣。”这些都是朴素的、也是很典型的极限概念。 到了十七世纪,有许多科学问题需要解决,这些问题也就成了促使微积分产生的因素。归结起来,大约有四种主要类型的问题:第一类是研究运动的时候直接出现的,也就是求即时速度的问题。第二类问题是求曲线的切线的问题。第三类问题是求函数的最大值和最小值问题。第四类问题是求曲线长、曲线围成的面积、曲面围成的体积、物体的重心、一个体积相当大的物体作用于另一物体上的引力。 十七世纪的许多著名的数学家、天文学家、物理学家都为解决上述几类问题作了大量的研究工作,如法国的费尔玛、笛卡尔、罗伯瓦、笛沙格;英国的巴罗、瓦里士;德国的开普勒;意大利的卡瓦列利等人都提出许多很有建树的理论。为微积分的创立做出了贡献。 十七世纪下半叶,在前人工作的基础上,英国大科学家牛顿和德国数学家莱布尼茨分别在自己的国度里独自研究和完成了微积分的创立工作,虽然这只是十分初步的工作。他们的最大功绩是把两个貌似毫不相关的问题联系在一起,一个是切线问题(微分学的中心问题),一个是求积问题(积分学的中心问题)。 1605 年 5 月 20 日,在牛顿手写的一面文件中开始有 “ 流数术 ” 的记载,微积分的诞生不妨以这一天为标志。牛顿关于微积分的著作很多写于 1665 - 1676 年间,但这些著作发表很迟。他完整地提出微积分是一对互逆运算,并且给出换算的公式,就是后来著名的牛顿-莱而尼茨公式。 牛顿是那个时代的科学巨人。在他之前,已有了许多积累:哥伦布发现新大陆,哥白尼创立日心说,伽利略出版《力学对话》,开普勒发现行星运动规律--航海的需要,矿山的开发,火松制造提出了一系列的力学和数学的问题,微积分在这样的条件下诞生是必然的。 牛顿于 1642 年出生于一个贫穷的农民家庭,艰苦的成长环境造就了人类历史上的一位伟大的科学天才,他对物理问题的洞察力和他用数学方法处理物理问题的能力,都是空前卓越的。尽管取得无数成就,他仍保持谦逊的美德。 如果说牛顿从力学导致 “ 流数术 ” ,那莱布尼茨则是从几何学上考察切线问题得出微分法。他的第一篇论文刊登于 1684 年的《都市期刊》上,这比牛顿公开发表微积分著作早 3 年,这篇文章给一阶微分以明确的定义。 莱布尼茨 1646 年生于莱比锡。 15 岁进入莱比锡大学攻读法律,勤奋地学习各门科学,不到 20 岁就熟练地掌握了一般课本上的数学、哲学、神学和法学知识。莱布尼茨对数学有超人的直觉,并且对于设计符号很第三。他的微积分符号 “dx\" 和 ”∫” 已被证明是很发用的。 牛顿和莱布尼茨总结了前人的工作,经过各自独立的研究,掌握了微分法和积分法,并洞悉了二者之间的联系。因而将他们两人并列为微积分的创始人是完全正确的,尽管牛顿的研究比莱布尼茨早 10 年,但论文的发表要晚 3 年,由于彼此都是独立发现的,曾经长期争论谁是最早的发明者就毫无意义。牛顿和莱尼茨的晚年就是在这场不幸的争论中度过的。 牛顿的“流数术” 数学史的另一次飞跃就是研究“形”的变化。17世纪生产力的发展推动了自然科学和技术的发展,不但已有的数学成果得到进一步巩固、充实和扩大,而且由于实践的需要,开始研究运动着的物体和变化的量,这样就获得了变量的概念,研究变化着的量的一般性和它们之间的依赖关系。到了17世纪下半叶,在前人创造性研究的基础上,英国大数学家、物理学家艾萨克?牛顿(1642~1727)是从物理学的角度研究微积分的,他为了解决运动问题,创立了一种和物理概念 直接联系的数学理论,即牛顿称之为“流数术”的理论,这实际上就是微积分理论。牛顿的有关“流数术”的主要著作是《求曲边形面积》、《运用无穷多项方程的计算法》和《流数术和无穷极数》。这些概念是力不概念的数学反映。牛顿认为任何运动存在于空间,依赖于时间,因而他把时间作为自变量,把和时间有关的固变量作为流量,不仅这样,他还把几何图形――线、角、体,都看作力学位移的结果。因而,一切变量都是流量。 牛顿指出,“流数术”基本上包括三类问题。 (1)已知流量之间的关系,求它们的流数的关系,这相当于微分学。 (2)已知表示流数之间的关系的方程,求相应的流量间的关系。这相当于积分学,牛顿意义下的积分法不仅包括求原函数,还包括解微分方程。 (3)“流数术”应用范围包括计算曲线的极大值、极小值,求曲线的切线和曲率,求曲线长度及计算曲边形面积等。 牛顿已完全清楚上述(1)与(2)两类问题中运算是互逆的运算,于是建立起微分学和积分学之间的联系。 牛顿在1665年5月20日的一份手稿中提到“流数术”,因而有人把这一天作为诞生微积分的标志。 莱布尼茨使微积分更加简洁和准确 而德国数学家莱布尼茨(. Leibniz 1646~1716)则是从几何方面独立发现了微积分,在牛顿和莱布尼茨之前至少有数十位数学家研究过,他们为微积分的诞生作了开创性贡献。但是他们这些工作是零碎的,不连贯的,缺乏统一性。莱布尼茨创立微积分的途径与方法与牛顿是不同的。莱布尼茨是经过研究曲线的切线和曲线包围的面积,运用分析学方法引进微积分概念、得出运算法则的。牛顿在微积分的应用上更多地结合了运动学,造诣较莱布尼茨高一等,但莱布尼茨的表达形式采用数学符号却又远远优于牛顿一筹,既简洁又准确地揭示出微积分的实质,强有力地促进了高等数学的发展。 莱布尼茨创造的微积分符号,正像印度――阿拉伯数码促进了算术与代数发展一样,促进了微积分学的发展。莱布尼茨是数学史上最杰出的符号创造者之一。 牛顿当时采用的微分和积分符号现在不用了,而莱布尼茨所采用的符号现今仍在使用。莱布尼茨比别人更早更明确地认识到,好的符号能大大节省思维劳动,运用符号的技巧是数学成功的关键之一。 牛顿和莱布尼茨建立微积分的出发点是直观的无穷小量,因此这门学科早期也称为无穷小分析,这正是现在数学中分析学这一大分支名称的来源。牛顿研究微积分着重于从运动学来考虑,莱布尼茨却是侧重于几何学来考虑的。 牛顿在1671年写了《流数法和无穷级数》,这本书直到1736年才出版,它在这本书里指出,变量是由点、线、面的连续运动产生的,否定了以前自己认为的变量是无穷小元素的静止集合。他把连续变量叫做流动量,把这些流动量的导数叫做流数。牛顿在流数术中所提出的中心问题是:已知连续运动的路径,求给定时刻的速度(微分法);已知运动的速度求给定时间内经过的路程(积分法)。 德国的莱布尼茨是一个博才多学的学者,1684年,他发表了现在世界上认为是最早的微积分文献,这篇文章有一个很长而且很古怪的名字《一种求极大极小和切线的新方法,它也适用于分式和无理量,以及这种新方法的奇妙类型的计算》。就是这样一片说理也颇含糊的文章,却有划时代的意义。他以含有现代的微分符号和基本微分法则。1686年,莱布尼茨发表了第一篇积分学的文献。他是历史上最伟大的符号学者之一,他所创设的微积分符号,远远优于牛顿的符号,这对微积分的发展有极大的影响。现在我们使用的微积分通用符号就是当时莱布尼茨精心选用的。 微积分学的创立,极大地推动了数学的发展,过去很多初等数学束手无策的问题,运用微积分,往往迎刃而解,显示出微积分学的非凡威力。 前面已经提到,一门科学的创立决不是某一个人的业绩,他必定是经过多少人的努力后,在积累了大量成果的基础上,最后由某个人或几个人总结完成的。微积分也是这样。不幸的事,由于人们在欣赏微积分的宏伟功效之余,在提出谁是这门学科的创立者的时候,竟然引起了一场悍然大波,造成了欧洲大陆的数学家和英国数学家的长期对立。英国数学在一个时期里闭关锁国,囿于民族偏见,过于拘泥在牛顿的“流数术”中停步不前,因而数学发展整整落后了一百年。 其实,牛顿和莱布尼茨分别是自己独立研究,在大体上相近的时间里先后完成的。比较特殊的是牛顿创立微积分要比莱布尼词早10年左右,但是整是公开发表微积分这一理论,莱布尼茨却要比牛顿发表早三年。他们的研究各有长处,也都各有短处。那时候,由于民族偏见,关于发明优先权的争论竟从1699年始延续了一百多年。 应该指出,这是和历史上任何一项重大理论的完成都要经历一段时间一样,牛顿和莱布尼茨的工作也都是很不完善的。他们在无穷和无穷小量这个问题上,其说不一,十分含糊。牛顿的无穷小量,有时候是零,有时候不是零而是有限的小量;莱布尼茨的也不能自圆其说。这些基础方面的缺陷,最终导致了第二次数学危机的产生。 直到19世纪初,法国科学学院的科学家以柯西为首,对微积分的理论进行了认真研究,建立了极限理论,后来又经过德国数学家维尔斯特拉斯进一步的严格化,使极限理论成为了微积分的坚定基础。才使微积分进一步的发展开来。任何新兴的、具有无量前途的科学成就都吸引着广大的科学工作者。在微积分的历史上也闪烁着这样的一些明星:瑞士的雅科布·贝努利和他的兄弟约翰·贝努利、欧拉、法国的拉格朗日、…… 欧氏几何也好,上古和中世纪的代数学也好,都是一种常量数学,微积分才是真正的变量数学,是数学中的大革命。微积分是高等数学的主要分支,不只是局限在解决力学中的变速问题,它驰骋在近代和现代科学技术园地里,建立了数不清的丰功伟绩。 留给后人的思考 从始创微积分的时间说牛顿比莱布尼茨大约早10年,但从正式公开发表的时间说牛顿却比莱布尼茨要晚。牛顿系统论述“流数术”的重要著作《流数术和无穷极数》是1671年写成的,但因1676年伦敦大火殃及印刷厂,致使该书1736年才发表,这比莱布尼茨的论文要晚半个世纪。另外也有书中记载:牛顿于1687年7月,用拉丁文发表了他的巨著《自然哲学的数学原理》,在此文中提出了微积分的思想。他用“0”表示无限小增量,求出瞬时变化率,后来他把变量X称为流量,X的瞬时变化率称为流数,整个微积分学称为“流数学”,事实上,他们二人是各自独立地建立了微积分。最后还应当指出的是,牛顿的“流数术”,在概念上是不够清晰的,理论上也不够严密,在运算步骤中具有神秘的色彩,还没有形成无穷小及极限概念。牛顿和莱布尼茨的特殊功绩在于,他们站在更高的角度,分析和综合了前人的工作,将前人解决各种具体问题的特殊技巧,统一为两类普通的算法――微分与积分,并发现了微分和积分互为逆运算,建立了所谓的微积分基本定理(现今称为牛顿――莱布尼茨公式),从而完成了微积分发明中最关键的一步,并为其深入发展和广泛应用铺平了道路。由于受当时历史条件的限制,牛顿和莱布尼茨建立的微积分的理论基础还不十分牢靠,有些概念比较模糊,因此引发了长期关于微积分的逻辑基础的争论和探讨。经过18、19世纪一大批数学家的努力,特别是在法国数学家柯西首先成功地建立了极限理论之后,以极限的观点定义了微积分的基本概念,并简洁而严格地证定理即牛顿―莱布尼茨公式,才给微积分建立了一个基本严格的完整体系。 不幸的是牛顿和莱布尼茨各自创立了微积分之后,历史上发生了优先权的争论,从而使数学家分为两派,欧洲大陆数学家两派,欧洲大陆的数学家,尤其是瑞士数学家雅科布?贝努利(1654~1705)和约翰?贝努利(1667~1748)兄弟支持莱布尼茨,而英国数学家捍卫牛顿,两派争吵激烈,甚至尖锐到互相敌对、嘲笑。牛顿死后,经过调查核实,事实上,他们各自独立地创立了微积分。这件事的结果致使英国和欧洲大陆的数学家停止了思想交流,使英国人在数学上落后了一百多年,因为牛顿在《自然哲学的数学原理》中使用的是几何方法,英国人差不多在一百多年中照旧使用几何工具,而大陆的数学家继续使用莱布尼茨的分析方法,并使微积分更加完善,在这100年中英国甚至连大陆通用的微积分都不认识。虽然如此,科学家对待科学谨慎和刻苦的精神还是值得我们学习的。 莱布尼兹 莱布尼兹 (1646-1716) 莱布尼兹是17、18世纪之交德国最重要的数学家、物理学家和哲学家,一个举世罕见的科学天才。他博览群书,涉猎百科,对丰富人类的科学知识宝库做出了不可磨灭的贡献。 生平事迹莱布尼兹出生于德国东部莱比锡的一个书香之家,广泛接触古希腊罗马文化,阅读了许多著名学者的著作,由此而获得了坚实的文化功底和明确的学术目标。15岁时,他进了莱比锡大学学习法律,还广泛阅读了培根、开普勒、伽利略、等人的著作,并对他们的著述进行深入的思考和评价。在听了教授讲授欧几里德的《几何原本》的课程后,莱布尼兹对数学产生了浓厚的兴趣。17岁时他在耶拿大学学习了短时期的数学,并获得了哲学硕士学位。 20岁时他发表了第一篇数学论文《论组合的艺术》。这是一篇关于数理逻辑的文章,其基本思想是出于想把理论的真理性论证归结于一种计算的结果。这篇论文虽不够成熟,但却闪耀着创新的智慧和数学才华。 莱布尼兹在阿尔特道夫大学获得博士学位后便投身外交界。在出访巴黎时,莱布尼兹深受帕斯卡事迹的鼓舞,决心钻研高等数学,并研究了笛卡儿、费尔马、帕斯卡等人的著作。他的兴趣已明显地朝向了数学和自然科学,开始了对无穷小算法的研究,独立地创立了微积分的基本概念与算法,和牛顿并蒂双辉共同奠定了微积分学。1700年被选为巴黎科学院院士,促成建立了柏林科学院并任首任院长。 始创微积分 17世纪下半叶,欧洲科学技术迅猛发展,由于生产力的提高和社会各方面的迫切需要,经各国科学家的努力与历史的积累,建立在函数与极限概念基础上的微积分理论应运而生了。微积分思想,最早可以追溯到希腊由阿基米德等人提出的计算面积和体积的方法。1665年牛顿创始了微积分,莱布尼兹在1673-1676年间也发表了微积分思想的论著。以前,微分和积分作为两种数学运算、两类数学问题,是分别加以研究的。卡瓦列里、巴罗、沃利斯等人得到了一系列求面积(积分)、求切线斜率(导数)的重要结果,但这些结果都是孤立的,不连贯的。只有莱布尼兹和牛顿将积分和微分真正沟通起来,明确地找到了两者内在的直接联系:微分和积分是互逆的两种运算。而这是微积分建立的关键所在。只有确立了这一基本关系,才能在此基础上构建系统的微积分学。并从对各种函数的微分和求积公式中,总结出共同的算法程序,使微积分方法普遍化,发展成用符号表明了微积分基本 示的微积分运算法则。 然而关于微积分创立的优先权,数学上曾掀起了一场激烈的争论。实际上,牛顿在微积分方面的研究虽早于莱布尼兹,但莱布尼兹成果的发表则早于牛顿。莱布尼兹在1684年10月发表的《教师学报》上的论文,“一种求极大极小的奇妙类型的计算”,在数学史上被认为是最早发表的微积分文献。牛顿在1687年出版的《自然哲学的数学原理》的第一版和第二版也写道:“十年前在我和最杰出的几何学家G、W莱布尼兹的通信中,我表明我已经知道确定极大值和极小值的方法、作切线的方法以及类似的方法,但我在交换的信件中隐瞒了这方法,……这位最卓越的科学家在回信中写道,他也发现了一种同样的方法。他并诉述了他的方法,它与我的方法几乎没有什么不同,除了他的措词和符号而外。”因此,后来人们公认牛顿和莱布尼兹是各自独立地创建微积分的。牛顿从物理学出发,运用集合方法研究微积分,其应用上更多地结合了运动学,造诣高于莱布尼兹。莱布尼兹则从几何问题出发,运用分析学方法引进微积分概念、得出运算法则,其数学的严密性与系统性是牛顿所不及的。莱布尼兹认识到好的数学符号能节省思维劳动,运用符号的技巧是数学成功的关键之一。因此,他发明了一套适用的符号系统,如,引入dx 表示x的微分,∫表示积分,dnx表示n阶微分等等。这些符号进一步促进了微积分学的发展。 1713年,莱布尼兹发表了《微积分的历史和起源》一文,总结了自己创立微积分学的思路,说明了自己成就的独立性。 莱布尼兹在数学方面的成就是巨大的,他的研究及成果渗透到高等数学的许多领域。他的一系列重要数学理论的提出,为后来的数学理论奠定了基础。莱布尼兹曾讨论过负数和复数的性质,得出复数的对数并不存在,共扼复数的和是实数的结论。在后来的研究中,莱布尼兹证明了自己结论是正确的。他还对线性方程组进行研究,对消元法从理论上进行了探讨,并首先引入了行列式的概念,提出行列式的某些理论。此外,莱布尼兹还创立了符号逻辑学的基本概念,发明了能够进行加、减、乘、除及开方运算的计算机和二进制,为计算机的现代发展奠定了坚实的基础。 丰硕的物理学成果 莱布尼兹的物理学成就也是非凡的。他发表了《物理学新假说》,提出了具体运动原理和抽象运动原理,认为运动着的物体,不论多么渺小,他将带着处于完全静止状态的物体的部分一起运动。他还对笛卡儿提出的动量守恒原理进行了认真的探讨,提出了能量守恒原理的雏型,并在《教师学报》上发表了“关于笛卡儿和其他人在自然定律方面的显著错误的简短证明”,提出了运动的量的问题,证明了动量不能作为运动的度量单位,并引入动能概念,第一次认为动能守恒是一个普通的物理原理。他又充分地证明了“永动机是不可能”的观点。他也反对牛顿的绝对时空观,认为“没有物质也就没有空见,空间本身不是绝对的实在性”,“空间和物质的区别就象时间和运动的区别一样,可是这些东西虽有区别,却是不可分离的”。在光学方面,莱布尼兹也有所建树,他利用微积分中的求极值方法,推导出了折射定律,并尝试用求极值的方法解释光学基本定律。可以说莱布尼兹的物理学研究一直是朝着为物理学建立一个类似欧氏几何的公理系统的目标前进的。 发明乘法计算机 德国人莱布尼兹发明了乘法计算机,他受中国易经八卦的影响最早提出二进 制运算法则。莱布尼兹对帕斯卡的加法机很感兴趣。于是,莱布尼兹也开始了对计算机的研究。1672年1月,莱布尼兹搞出了一个木制的机器模型,向英国皇家学会会员们做了演示。但这个模型只能说明原理,不能正常运行。 1674年,最后定型的那台机器,就是由奥利韦一人装配而成的。莱布尼兹的这台乘法机长约1米,宽30厘米,高25厘米。它由不动的计数器和可动的定位机构两部分组成。整个机器由一套齿轮系统来传动,它的重要部件是阶梯形轴,便于实现简单的乘除运算。莱布尼兹设计的样机,先后在巴黎、伦敦展出。由于他在计算设备上的出色成就,被选为英国皇家学会会员。 中西文化交流之倡导者 莱布尼兹对中国的科学、文化和哲学思想十分关注,是最早研究中国文化和中国哲学的德国人。他向耶酥会来华传教士格里马尔迪了解到了许多有关中国的情况,包括养蚕纺织、造纸印染、冶金矿产、天文地理、数学文字等等,并将这些资料编辑成册出版。他认为中西相互之间应建立一种交流认识的新型关系。在《中国近况》一书的绪论中,莱布尼兹写道:“全人类最伟大的文化和最发达的文明仿佛今天汇集在我们大陆的两端,即汇集在欧洲和位于地球另一端的东方的欧洲——中国。”“中国这一文明古国与欧洲相比,面积相当,但人口数量则已超过。”“在日常生活以及经验地应付自然的技能方面,我们是不分伯仲的。我们双方各自都具备通过相互交流使对方受益的技能。在思考的缜密和理性的思辩方面,显然我们要略胜一筹”,但“在时间哲学,即在生活与人类实际方面的伦理以及治国学说方面,我们实在是相形见拙了。”在这里,莱布尼兹不仅显示出了不带“欧洲中心论”色彩的虚心好学精神,而且为中西文化双向交流描绘了宏伟的蓝图,极力推动这种交流向纵深发展,是东西方人民相互学习,取长补短,共同繁荣进步。莱布尼兹为促进中西文化交流做出了毕生的努力,产生了广泛而深远的影响。 由于莱布尼茨在牛顿完成其前两段工作之后曾访问巴黎(1672年)和伦敦(1673年),并且和了解牛顿微积分工作的科学家们通过信,因而被指责为“剽窃者”。这使他起而为自己的名誉辨护,因而使这场争论达到了相当激烈的地步。许多数学家都被牵扯了进来,直到使欧洲数学家分成两派,大陆的数学家们为莱布尼茨辩护,英国的数学家们则捍卫牛顿,以至长期对立,形成学术上的门户之见,达到双方停止了学术思想交流的程度,影响了此后一段时间的数学进展。在牛顿和莱布尼茨都已逝世之后进行的调查表明:虽然牛顿的大部分工作是在莱布尼茨之前做的,但莱布尼茨也是微积分主要思想的独立创立者,他们都同样地接受了前辈数学家的启发,同样地作出了自己的独立贡献。在以前的科学史上我们已经看到,在以后的科学史上我们还将一再地看到这种同一发现在大致相同的时间被完全不同甚至互不相识的人们独立完成的现象。这种现象的大量出现,最好不过地说明:是科学的发展造就了杰出的科学家,而不是杰出科学家的个人天赋决定了科学的发展。
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著名数学家华罗庚说过:"宇宙之大,粒子之微,火箭之速,化工之巧,地球之变,生物之谜,日月之繁,无处不用到数学."特别是二十一世纪的今天,数学的应用更是无所不在.那么,我们如何从小打下坚实的数学基础,究竟什么样的课堂教学才适合新一代的学生呢 我认为,在课堂中,由学生去担任学习的主角,才是我们的心愿.那么,数学活动课就是让我们充分体现自主学习的一种教学方式. 活动课上,在老师的指导下,我们分成小组,通过自己动手去测量,拼凑,剪切,计算,去探索发现的规律,掌握数学知识.这样,即培养了我们的动手能力,又提高了我们的思维能力,而且让我们初步尝到了数学家研究问题成功时的滋味,使我们对数学的学习兴趣倍增. 例如,我们上《平行四边形面积得计算》这节课时,老师让我们分成几个小组,发一些平行四边形的小纸片,让同学们互相讨论,怎样使一个平行四边形经过剪贴,拼凑变成一个我们已经会计算面积的图形呢 大家七嘴八舌的讨论开了,有的同学发现可以用剪刀沿着平行四边形的高,把它剪成一个直角三角形和一个直角梯形,然后可以把它们拼成一个长方形;一些同学又发现还可以从平行四边形的任意一条高剪开,就得到两个直角梯形,依然可以拼成一个同样大小的长方形.同学们通过观察,思考,认识到拼成的长方形的"长"和"宽",分别就是原来平行四边形的"底边"和"高".由此,大家终于自己找到了平行四边形面积公式为:S=ah.再比如,上《有余数的除法》这节课时,老师采用让同学们玩扑克牌的游戏,使大家很快理解和掌握了有余数的除法的计算规律,让大家在轻松愉快的活动中学到知识. 我每次做数奥都是拿起一道题拉起来就做,因为我觉得这样做起来很快.可是今天做数奥时,有一道题改变了我的看法,做得快不一定是做得对,主要还是要做对. 今天,我做了一道题目把我难住了,我苦思冥想了好几个小时都没有想出来,于是我只好乖乖地去看基础提炼,让它来帮我分析.这道题目是这样的:求3333333333的平方中有多少个奇数数字 分析是这样的:3333333333的平方就是3333333333×3333333333,这道乘法算式由于数字太多使计算复杂,我们可以运用转化的方法化繁为简,也就是把一个因数扩大3倍,另一个因数缩小3倍,积不变.使题目转化为求9999999999×1111111111=(10000000000-1)×1111111111=11111111110000000000-1111111111=11111111108888888889因此,乘积中有十个奇数数字.这道题,我们还可以位数少的两个数相乘算起,就能发现积中奇数的数字个数.即3×3=9→积中有1个奇数数字.33×33=1089→积中有2个奇数数字.333×333=110889→积中有3个奇数数字.3333×3333=11108889→积中有4个奇数数字.…… 从上面试算中,容易发现积是由1,0,8,9四个数字组成的,1和8的个数相同,比一个因数中的3的个数少1,0和9各一个,分别在1和8的后面.积中奇数的数字个数与一个因数中3的个数相同,可以推导出原题的积是:11111111108888888889,积中有10个奇数数字. 做了这道题,我知道做数奥不能求快,要求懂它的方法.总之,我认为用活动课的方式上数学课,是我们小学生非常喜欢的.在课堂上,每个同学对知识的探索过程充满了好奇心,都迫切渴望通过自己的实验活动,去找到解决问题的方法.学习中,我们充分体验套了做学习的主人的快乐和自豪.希望老师们能多用活动课的方式来上数学课.这样,我们将会学的更扎实,更轻松,更灵活,更优秀.