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第11章 学好高中数学的有效方法与技巧(1)

“一门科学只有当它用数字表示的时候,方能被最后称为科学”。这句话说出了数学在科学领域的地位是多么重要!

——〔中〕华罗庚

数学是一门研究数量关系和空间形式的科学,具有严密的符号体系,独特的公式结构,形象的图像语言。它有三个显著的特点:高度抽象,逻辑严密,广泛应用。深刻认识数学的这些特点,对于明确学习目的,改进学习方法,提高学习效果,具有十分重要的指导意义。

学习数学的直接目的是掌握数学的基础知识、基本技能,形成一定的数学能力。那么知识重要,还是技能重要?应该说二者密不可分,互为基础。要形成一定的数学技能,就必须掌握扎实的基础知识,而要更好地学习数学知识,又必须具备必要的基本技能,因此,在学习过程中,两者都不可忽视。要有效地达到数学学习目的,就必须更好地掌握学习方法,才能在打好扎实知识基础上形成数学技能。

一、牢固掌握好数学基础知识

强调数学基础知识和基本理论的考查,是历届高考必备的、重要的内容;考生只有对数学的基础知识掌握得好,才能强化自己的主干知识,最终才能考出好的成绩,那么如何掌握数学的基础知识呢?

1.准确理解数学概念

数学中的概念是推理论证和运算的基础。准确地理解概念是学好数学课的前提。每一个定理的论证,每一个公式的推导都是以相应的概念奠基的;每一个例题或习题的演算也都是在明确的概念指导下进行的。

为了正确掌握深刻理解各种重要的数学概念,必须认真阅读教材,仔细领会概念的含意,并通过做一定数量的练习题,加强理解,澄清那些糊涂的概念,具体可以从以下几个方面多下功夫:

(1)从文字上仔细领会

数学概念都是用文字来表达的,且文字精练、简明、准确,所以对有些数学概念的辨析简直需要“咬文嚼字”。

例如,“数列中从第二项起,每一项与前一项之差都等于常数,则此数列称为等差数列”。这个定义粗看起来似乎是对的,仔细一想就会发现问题。应将“常数”改为“同一个常数”。

(2)从正反面反复比较

为对概念作进一步理解,还可从正面辨析和反面比较。以“角”的概念为例,中学阶段出现过不少种“角”,如直线的倾斜角、直线与平面所成的角、复数的辐角主值等。它们从各种的定义出发,都有一个确定的取值范围。

如直线与平面所成的角,是“平面的一条斜线和它在平面内的射影所成的锐角或直角,叫做这条直线与这个平面所成的角”。反过来说,如果不规定“锐角”就不是惟一的了。很容易发现斜线和它在平面内的射影所成的角有两个,一个是锐角,另一个是钝角。

(3)从特例中认真验证

对概念理解产生偏差的常见病之一是“忘记特例”。

例如,“任何数的零次幂都等于1”这句话是不对的,因为0无意义。

“经过球面上任意两点一定可以作惟一的大圆”这句话粗看起来没有什么错误。因为球面上两点和球心一般只确定一个平面,但当这两点和球心在一条直线上时,就可以作出无数个大圆了。

(4)从条件的限制加深理解

对概念的理解产生偏差的常见病之二是“忽视条件”。如果忽视了条件,就会曲解题意,使结果面目全非。

如“当z∈c时,|z-i|+|z+i|=i表示的图形是椭圆”这个判断是不对的。因为椭圆不只反映了平面内动点到两个定点的距离之和为常数,而且这个常数必须大于这两个定点间的距离。若将上面等式改为大于2的实数,判断就正确了。

2.学好与熟记数学定理

数学的论题(即判断),通常称之为命题。命题有真有假,如果命题经过逻辑推理论证为真,就叫做定理。

定理的学习对我们系统地学好数学这门课是非常重要的,它不仅是学好数学的基础,而且是我们建立、发展和完善数学认识结构的前提条件。那么,怎样才能学好数学定理呢?

(1)深刻理解定理的条件和结论

数学定理是反映数学对象的属性之间的关系的真理。

每一个定理,都要在一定的条件下才能成立,所以要学好定理,必须深刻理解定理的条件和结论,并掌握其适用范围。

如在计算(sin10°+icos10°)3这个题目时,如果忽略了棣莫佛定理对于复数的三角形式才可以运用的条件,就会得到(sin10°+icos10°)3=sin30°+icos30°=12+32i的错误结果。

(2)改隐式为显式

定理的叙述有“显式”与“隐式”等。有些定理把条件和结论叙述得很明显,甚至就是标准形式,我们不妨把这种定理的叙述形式叫做显式(完整式)。还有些定理的叙述,文字简洁,但其中条件和结论表现得并不是很明显,我们把它称为隐式(省略式)。证题时,需要先把隐式变为显式,以弄清定理的结构,即正确区分定理的条件和结论。如“垂直于同一条直线的两个平面平行”。我们把它改变为“如果两个平面都垂直于同一条直线,那么这两个平面平行”。这样,条件和结论就明显了。改隐式为显式,是学习数学定理必须掌握的基本技能。

(3)试作证明或推导

学习定理的证明或推导方法有两种,一种是直接阅读教材,按照教材中给出的解答过程,找出每一步的理论依据及其推算过程,从而弄懂推证方法。

另一种方法是,不先看书,而是通过认真审理,分析定理的条件和结论,联想有关的知识,运用分析与综合的方法,理出解决问题的思路,并且试写解答过程,然后再与教材中的解答方法相对照、比较,进行修改补充,从而准确地掌握证明或推导方法。

(4)逆向分析

对所学的定理,要从不同的角度、不同的方面去分析,去思考,可提高解题的正确率,并促进思维能力的发展。

对于一个定理,应写出它的逆命题,并判断是否成立。正确的要加以证明,不正确的要举出反例。如sin2a=2sinacosa要分析它的正向sin2a=2sinacosa,逆向2sinacosa=sin2a;sinacosa=12sin2a。

变形sina=sin2a2cosa;cosa=sin2a2sina。

(5)重视定理的选择

证同一题目,寻求多种方法,再对最简捷、最合理的证法进行探索,这对于合理选择定理,灵活运用定理,简捷证题是很有益处的。

〔例1〕正三棱柱ABC—A1B1C1的各条棱长均相等,OD是CC1的中点,求证:A1B垂直于平面AB1D(见图3—1)。

①应用“如果一条直线和一个平面内的两条相交直线都垂直,那么这条直线和这个平面垂直。”

思路分析1:

连接AB1交A1B于O,由于ABB1A1是正方形

∴A1B⊥AB1且A1B与AB1互相平分于O图3—1

连接DO,∵A1D=BD,则A1B⊥OD

∴A1B⊥平面AB1D

②应用“如果两个平面垂直,那么在一个平面内垂直于它们交线的直线,垂直于另一个平面。”

思路分析2:

由AD=DB1可知OD⊥AB1,同理OD⊥A1B

∴OD⊥平面ABB1A1,于是平面AB1D⊥平面ABB1A1。而A1B⊥AB1,∴A1B⊥平面AB1D

③应用“一条直线垂直于两个平行平面中的一个平面,它也垂直于另一个平面”。

思路分析3:

取BB1,AB的中点E,F。连CE,EF,CF。由于CE∥B1D,EF∥AB1,∴平面AB1D∥平面FEC

而A1B⊥AB1

∴A1B⊥EF,又平面ABC⊥平面ABB1A1,CF⊥AB

则CF⊥平面ABB1A1

∴CF⊥A1B

∴A1B⊥平面CEF故A1B⊥平面AB1D

(6)注意定理的推广

由于普遍性的规律寓于具体的事物中,因此我们在证明一个定理后,应该探究此定理能否推广,这对于丰富知识,深化知识,提高解题能力是很有益的。譬如由三角形内角和到n边形内角和,由(a+b)2的公式到(a+b)n的展开式,由sin2a的公式到sina的公式等等。对于这些问题的研究,必然大大提高我们的认识水平和解题能力。

定理的推广实际上是一个由特殊到一般的深化认识的过程。当我们证实了一些特殊的形(或数)的某种特性以后,再将条件一般化,采用类比或经验归纳的方法猜想结论,然后设法证明(肯定或否定)这一猜想。如果猜想得到证实,那么定理就推广了。

例如棣莫佛定理,〔r(cos+isinn)〕n=rn(cosn+isinn),教材中推导了当n∈N时成立,在习题中推广到n为负整数时也成立。

即当时n∈N,(cos+isin)n=cos(-n)+sin(-n)。

那么当n为分数或无理数时是否还成立呢?

事实上,对于(cos+isin)n=cosn+isinn,当n=p〖〗q(p、q为自然数,且互质)时,设α=pq,则(cospq+isinpq)q=cosp+isinp=(cos+isin)p。因此,cospq+isinpq是〔(cos+isin)p〕1〖〗q即(cos+isin)pq的一个根,所以当n为分数时,棣莫佛定理依然成立。

一般地,无理数可作为有理数数列的极限值。棣莫佛定理对于n是有理数时成立,所以n为有理数数列的极限值是无理数时,棣莫佛定理也成立。中学数学教材本身对论证能力有相当的要求,这就迫使我们要在牢固记忆数学定理,掌握各种基本的论证方法,灵活运用数学定理,并在论述正确、严密、完备和条理性等方面多下功夫,力求学好数学定理。

3.正确使用数学公式

公式是数学命题的重要表现形式,或者说每一个数学公式都表达了一个数学命题。所以,数学公式反映数学对象的属性之间的关系,具有普遍性,适合于同类关系的所有问题。那么,如何正确使用数学公式呢?

(1)明确公式所反映、表达的对象

任何一个公式总是反映一类关系,因此首先应该明确对象的类型。如,平方差公式反映的是两个数平方的差等于两数和与两数差之积,两数平方和则不具有上述关系。又如,“三角形中位线平行于第三边且等于第三边的一半”反映的是三角形的中位线具有的性质,四边形就不具有这种关系。因此在学习公式时,不能似是而非、范畴模糊,一定要弄明确公式所反映的对象是什么,才能正确理解、记忆公式和正确使用公式。

(2)弄清公式结构

〔例2〕二项式展开式为

(a+b)n

=C0nan+C1nan-1b+C2nan-2b2+…+Cn-1nabn-1+Cnnbn

对公式右边作如下分析:①共有(n+1)项,全带正名;②每项由三部分的积组成,呈Cab的形式;②a的指数从高到低(n到0);④b的指数从低到高(0到n);⑤C的下标恒为n,上角的数字从低到高,明白以上五点后,学生即可写出这个公式。开始可能慢了些,但熟练后,即可直接写出二项展开式。

(3)理解公式的推导过程

数学中公式的出现,都是经过了一定的推导过程,是一类问题普遍特点的概括总结。因此要掌握公式,就要学会其推导过程。例如:

三角函数中的“和差化积”公式:

sinα+sinβ=2sinα+β2cosα-β〖〗2

sinα-sinβ=2cosα+β2sinα-β2

cosα+cosβ=2cosα+β2cosα-β2

cosα+cosβ=-2sinα+β2sinα-β〖〗2

“积化和差”公式:

sinαcosβ=12〔sin(α+β)+sin(α-β)〕

cosαsinβ=12〔sin(α+β)-sin(α-β)〕

cosαcosβ=12〔cos(α+β)+cos(α-β)〕

sinαsinβ=-12〔cos(α+β)-cos(α-β)〕

这两组公式是由两角和与差的正弦余弦推导出来的,由于这两组公式结构相对复杂,较难记忆,高考降低了对这两组公式的要求,只要了解,不要求记忆,但是如果明白这两组公式的推导过程,就能明确和理解公式的发生、发展过程,才能掌握公式,熟悉这些公式,做到灵活应用。

(4)记住公式的特征

一个公式,反映一定对象的有关量的相互关系,表现为一个形式,学习中应对其表现出的形式给予充分注意,利用其形式特点进行记忆、辨别。

某些公式,可以制成一个图或一个表,借此可较为轻松地记住这些公式。

例如,初学“同角三角函数间关系”对其中关系式可能较难记忆,而若制作一个图表如图3-2,就可以帮助你记住:

图3-2

①对角线上两个三角函数乘积为1。

如sinα·cscα=1

②带阴影的三角形中,上面两个顶点的值的平方各等于下面顶点上的值的平方。

如sin2α+cos2α=1

③六角形任一顶点上的函数值等于与它相邻的二个顶点函数值的乘积。

如sinα=tgα·cosα

利用图形记忆公式,一是利于学习从具体到抽象的思维过程,二是在遗忘时可以依据图形进行回忆、推导。中学数学中许多公式都可用图形反映出来,如勾股定理公式、二次函数等;还可以利用公式的变形和公式间的联系记忆公式。许多公式是由某一个公式变形后产生的,有些数学公式之间的联系是较强,只要记住一个,便可以记住另一个。例如梯形中位线公式,中位线的长等于上底加下底的一半,而三角形的底边就是下底,0就是上底,可以把三角形看做是上底为零的梯形,这样经过变形和联系,二者的面积公式既便于理解,又便于记忆。

二、培养良好的数学学习习惯

学习习惯是在一定情境下,不需要任何意志努力和监督的、自动化了的学习行为方式。良好的学习习惯一旦形成,就会自动地体现在学生的学习过程中,成为学生学习时如影随形、相伴相生的不可或缺的内容。倘若不沿着业已形成的习惯去做,就会产生不愉快、不自如,甚至苦恼的情感反应。因此,人们常常把习惯称为人的“第二天性”。我们要在长期的学习过程中,努力培养自己具有良好的学习品质、学习能力、学习方法和学习习惯,形成比较稳定的学习行为方式,从而使自己的学习效率更高、效果更好、效益更大。

1.从阅读教材开始

数学教材在叙述上往往兼顾科学性、通俗性、生动性和可读性,而且教材内容有老师讲解、启发引导,因此,容易使我们通过阅读教材体会到怎样阅读其他参考书,进而初步掌握自学的方法。

一般学生在阅读、预习数学课本内容时,往往会像阅读小说那样,不得要领,眉毛胡子一把抓。何处是关键词语,应该怎样剖析、深刻理解并掌握,往往不清楚,表面上好像弄清了的数学内容,其实还是马马虎虎、眉目不清,到老师讲课时,还不能带着问题去听讲、去学习。因此,在老师的指导下,应该有一个简要的思考提纲,使自己在自学过程中,能够带着问题去学,做到心中有数。比如,学习“弧度制”时,可以从以下三个问题切入:①角的弧度制单位是怎样规定的?②角的大小与所在圆的半径大小有无关系?③弧度制与角度制怎样换算?这样,在自学教材的过程中,就会从课本上找到相应的内容,并且根据定义与换算公式,得出相应的答案。

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