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  • 2021-06-21 发布

高中数学选修2-2公开课课件2_1_1 合情推理

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第二章 推理与证明 2.1 合情推理与演绎推理 2.1.1  合情推理 从前有个财主,想教儿子识字,请来一位教书先生 . 先生把着学生的笔杆儿,写一横,告诉是个“一”字;写两横,告诉是个“二”字;写三横,告诉是个“三”字 . 学到这里,儿子就告诉父亲说: “我已经学会了写字,不 用先生再教了 .” 于是, 财主就把教书先生给辞退了 . 一天,财主要邀请一位姓万的朋友,叫儿子写张请帖 . 财主的儿子怎么写的 ? 1. 理解归纳推理、类比推理的概念,掌握归纳 推理、类比推理的方法技巧 . ( 重点 ) 2. 掌握归纳法的步骤,体会归纳推理、类比推理 在数学发现中的作用. ( 难点 ) 探究点 1 归纳推理 【1】1742 年哥德巴赫 (Goldbach ,1690 ~ 1764, 是德国一位中学教师 , 也是一位著名的数学家 , 1725 年当选为俄国彼得堡科学院院士 ) 观察到 : 猜想 : 任何一个不小于 6 的偶数都等于两个奇质数之和 . 任何一个不小于 6 的偶数都等于两个奇质数之和 . 哥德巴赫猜想 哥德巴赫猜想的过程: 具体的材料 观察分析 猜想出一般性的结论 【3】 成语“一叶知秋” 【2】 统计初步中的用样本估计总体 通过从总体中抽取部分对象进行观测或试验 , 进而对整体作出推断 . 意思是从一片树叶的凋落 , 知道秋天将要来到 . 比喻由细微的迹象看出整体形势的变化 , 由部分推知全体 . 由某类事物的 具有某些特征 , 推出 该类事物的 都具有这些特征的推理 , 或者由 概括出 的推理 , 称为 归纳推理 (简 称归纳) . 归纳推理 特点:部分→ 整体,个别→ 一般 . 铜、铁、铝、金、银等金属都能导电, 猜想 : 所有金属都导电 . 又如 猜想 : 部分对象 全部对象 个别事实 一般结论 分析: 数列的通项公式表示的是数列 { a n } 的第 n 项 a n 与序号 n 之间的对应关系 . 为此,我们先根据已知的递推公式,算出数列的前几项 . 例 1. 已知数列 { a n } 的第 1 项 a 1 =1, 且 ( n =1, 2, … ) ,试归纳出这个数列的通项公式 . 解 : 当 n =1 时, a 1 =1; 当 n =2 时, 当 n =3 时, 当 n =4 时, 观察可得,数列的前 4 项都等于相应序号的倒数 . 由此猜想,这个数列的通项公式为 春秋时代的鲁班在林中砍柴时被齿形草叶割破了手 , 他由此受到启发从而发明了锯 . 探究点 2 类比推理 类似于鲁班发明锯子,还有一些发明或发现也是这样得到的 . 鱼类 潜水艇 蜻蜓 直升机 形状,沉浮原理 外形,飞行原理 仿生学中许多发明的最初构想都是类比生物机制得到的 . 可能有生命存在 有生命存在 温度适合生物的生存 一年中有四季的变更 有大气层 大部分时间的温度适合地球上某些已知生物的生存 一年中有季节的变更 有大气层 行星、围绕太阳运行、绕轴自转 行星、围绕太阳运行、绕轴自转 火星 地球 火星上是否有生命? 火星与地球类比的思维过程: 火星 地球 存在类 似特征 地球上有生命存在 猜测火星上也可能有生命存在 类比推理的过程(步骤) 观察、比较 联想、类推 猜想新结论 由两类对象具有某些类似特征和其中一类对象的某些已知特征 , 推出另一类对象也具有这些特征的推理称为类比推理 . 类比推理 (1) 类比推理是由特殊到特殊的推理 . (2) 运用类比推理常常先要寻找合适的类比对象 , 我们可以从不同的角度出发确定类比对象 , 基本原则是要根据当前问题的需要 , 选择适当的类比对象 . (1) 类比是从人们已经掌握的事物的属性 , 推断正在研究中的事物的属性 , 它以已有知识为基础 , 类比出新的结论 . (2) 是从一事物的特殊属性推断另一种事物的特殊属性 . (3) 类比的结果具有猜测性 . 类比推理的特点 例 2 类比实数的加法和乘法,列出它们相似的运算性质 . 分析: 实数的加法和乘法都是由两个数参与的运算,都满足一定的运算律,都存在逆运算,而且 “ 0 ” 和 “ 1 ” 分别在加法和乘法中占有特殊的地位 . 因此,我们可以从上述 4 个方面来类比这两种运算 . 解: ( 1 )两个实数经过加法运算或乘法运算后,所得的结果仍然是一个实数 . (2) 从运算律的角度考虑,加法和乘法都满足交换律和结合律,即 (3) 从逆运算的角度考虑,二者都有逆运算,加法的逆运算是减法,乘法的逆运算是除法,这就使得方程 都有唯一解 (4) 在加法中,任意实数与 0 相加都不改变大小;乘法中的 1 与加法中的 0 类似,即任意实数与 1 的积都等于原来的数 . 即 三角形 思考: 你认为平面几何中的哪一类图形可以作为四面体的类比对象? 例 3 :类比平面内直角三角形的勾股定理,试给出空间中四面体性质的猜想. 分析: 考虑到直角三角形的两条边互相垂直,我们可以选取有 3 个面两两垂直的四面体,作为直角三角形的类比对象 . A B C a b c D P E F s 1 s 2 s 3 解: 如上图,在 Rt△ABC 中,∠ C=90°. 设 a , b , c 分别表示三条边的长度,由勾股定理,得 类比勾股定理的结构,我们猜想 成立 . 归纳推理 由 部分到整体 、 特殊到一般 的推理 ; 以观察分析为基础 , 推测新的结论 ; 具有发现的功能 ; 结论不一定成立 类比推理 由 特殊到特殊 的推理 ; 以旧的知识为基础 , 推测新的结论 ; 具有发现的功能 ; 结论不一定成立 【 总结提升 】 提出猜想 观察、分析、比较、联想 归纳、类比 从具体问题出发 通俗地说,合情推理是指“合乎情理”的推理 . 合情推理 归纳推理 类比推理 例 4 如图所示,有三根针和套在一根针上的若干金属片 . 按下列规则,把金属片从一根针上全部移到另一根针上 . 1 2 3 1. 每次只能移动 1 个金属片; 2. 较大的金属片不能放在较小的金属片上面 . 试推测:把 n 个金属片从 1 号针移到 3 号针 , 最少需要移动多少次 ? 分析: 我们从移动 1,2,3,4 个金属片的情形入手,探究其中的规律性,进而归纳出移动 n 个金属片所需的次数 . 解: 当 n=1 时,只需把金属片从 1 号针移到 3 号针,用符号( 13 )表示,共移动了 1 次 . 当 n=2 时,为了避免将较大的金属片放在较小的金属片上面,我们利用 2 号针作为“中间针”,移动顺序是: ( 1 )把第 1 个金属片从 1 号针移到 2 号针; ( 2 )把第 2 个金属片从 1 号针移到 3 号针; ( 3 )把第 1 个金属片从 2 号针移到 3 号针; 用符号表示为 :( 12 )( 13 )( 23 ) 共移动了 3 次 . 当 n=3 时,把上面两个金属片作为一个整体,归结为 n=2 的情形,移动顺序是: ( 1 )把上面两个金属片从 1 号针移到 2 号针; ( 2 )把第 3 个金属片从 1 号针移到 3 号针; ( 3 )把上面两个金属片从 2 号针移到 3 号针; 其中( 1 )和( 3 )都需要借助中间针 . 用符号表示为 : ( 13 )( 12 )( 32 );( 13 );( 21 )( 23 )( 13 ) 共移动了 7 次 . 当 n=4 时,把上面 3 个金属片作为一个整体,移动顺序是: ( 1 )把上面 3 个金属片从 1 号针移到 2 号针; ( 2 )把第 4 个金属片从 1 号针移到 3 号针; ( 3 )把上面 3 个金属片从 2 号针移到 3 号针; 用符号表示为 : ( 12 )( 13 )( 23 )( 12 )( 31 )( 32 )( 12 );( 13 );( 23 )( 21 )( 31 )( 23 )( 12 )( 13 )( 23 ) . 共移动了 15 次 . 至此,我们得到依次移动 1,2,3,4 个金属片所需次数构成的数列 . 1,3,7,15. 观察这个数列,可以发现其中蕴含着如下规律: 由此我们猜想:若把 n 个金属片从 1 号针移到 3 号针,最少需要移动 a n 次,则数列 { a n } 的通项公式为: 思考: 把 n 个金属片从 1 号针移到 3 号针 , 怎样移动才能达到最少的移动次数呢 ? 通过探究上述 n=1,2,3,4 时的移动方法,我们可以归纳出对 n 个金属片都适用的移动方法 . 当移动 n 个金属片时,可分为下列 3 个步骤: ( 1 )把上面( n-1 )个金属片从 1 号针移到 2 号针; ( 2 )把第 n 个金属片从 1 号针移到 3 号针; ( 3 )把上面 (n-1) 个金属片从 2 号针移到 3 号针 . 这样就把移动 n 个金属片的任务,转化为移动两次( n-1 )个金属片和移动一次第 n 个金属片的任务 . 而移动( n-1 )个金属片需要移动两次( n-2 )个金属片和移动一次第( n-1 )个金属片,移动( n-2 )个金属片需要移动两次( n-3 )个金属片和移动一次第( n-2 )个金属片 …… 如此继续 . 直到转化为移动 1 个金属片的情形 . 根据这个过程,可得递推公式 从这个递推公式出发,可以证明( 1 )式是正确的 . 一般来说,由合情推理所获得的结论,仅仅是一种猜想,未必可靠 . 费马猜想: 同样地,类比推理所得的结论也不一定可靠,你能举一个例子吗? 半个世纪之后,欧拉发现: 猜想: 不是质数,从而推翻了费马的猜想 B C 3. ( 2014 ·新课标全国卷 I )甲、乙、丙三位同学被问到是否去过 A 、 B 、 C 三个城市时, 甲说:我去过的城市比乙多,但没去过 B 城市; 乙说:我没去过 C 城市; 丙说:我们三人去过同一城市; 由此可判断乙去过的城市为 ________. 解 : 由丙可知,乙至少去过一个城市,由甲说可知甲去过 A , C 且比乙多,故乙只去过一个城市,且没有去过 C 城市,故乙只去过 A 城市 . A 1. 归纳推理、类比推理的定义 . 2. 推理的一般思维过程 : 观察、分析 概括、推广、类比 提出猜想 3. 归纳、类比推理的特点 归纳推理 由 部分到整体 、 特殊到一般 的推理 ; 以观察分析为基础 , 推测新的结论 ; 具有发现的功能 ; 结论不一定成立 类比推理 由 特殊到特殊 的推理 ; 以旧的知识为基础 , 推测新的结论 ; 具有发现的功能 ; 结论不一定成立 没有礁石,就没有美丽的浪花;没有挫折,就没有壮丽的人生 .

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