基于微积分中JAVA的解题新思路

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  [摘 要] 随着我国教学制度改革的深入发展,对于数学方面的改革也有了很大起色。构建微积分解题的新思路以及解题的新方法,对于高校数学教学效率的提升至关重要。通过数学教学实际,针对微积分课程中JAVA的创新应用进行探讨,通过改善教学环境的单一性,突出教学情境的实际性,对于提高计算速度以及计算的精准度等具有积极的促进作用。
  [关 键 词] 微积分;JAVA ;解题思路
  [中图分类号] G642 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603(2016)25-0178-02
  微积分作为一门高等教育重要的教学课程,是多数学生的必修课。但是在实际教学中,微积分教学并没有达到良好的效果,特别是在选择教材、授课方式、解题思路等方面需要进一步的研讨斟酌。对于任何一门学科来说,正确恰当的解题思路、科学合理的解题技巧,是提高教学质量和学习效率的最佳手段,JAVA在微积分解题中的广泛应用,大大提高了微积分的解题效率以及对相关知识的掌握。
  一、JAVA定义解析
  JAVA,是实施跨平台应用软件撰写直面对象的编程设计语言,是有效利用C++语言的诸多优点创建的一种编程设计语言,应用简单便捷、功能强大。JAVA代表了以动态形式实施语言编程的主要特性,使其面向对象的理论得到极大实现,复杂的语言编程通过程序员优雅的思维模式得到解决,具有面向对象、简单性、高效性、及平台可移植性等特点。在数据中心、PC、超级计算机、游戏控制、互联网、移动电机的领域应用较广,在全球范围内,致力于JAVA研发的专业群体最大。随着云计算与互联网产业的飞速发展,JAVA的发展优势更加显著,发展前景也更为广阔。
  二、现代化信息技术在微积分教学中的应用状况及改进措施
  由于数学教学具有很高的逻辑性和理论性,同时微积分又是高等数学最基本的内容,所以在微积分教学中应充分发挥计算机技术的优势,将数学思想更为直观地表现出来,这对于基础知识的掌握、教学质量的提高等作用重大。
  在微积分教学的具体实践中,多数高校的教学方法还是比较传统的,现代化信息技术的应用也比较匮乏。比如,微积分教学中,教师可通过教学软件,制作形象、直观的教学课件,将复杂、抽象的数学概念展现出来,并通过创新解题方法达到事半功倍的教学效果。微分与积分是构成微积分课程的主要内容,在多媒体的作用下,可使抽象概念变得立体化、形象化。微积分中的导数是指某点位置瞬时速率,在教学过程中,教师可将割线与切线无限趋近的状况通过动画设计表现出来,直观地展现给学生,以利于对导数、极限等概念的深入认识,并进一步达到理解。
  三、微积分中JAVA创新计算的具体应用
  在微积分计算中,定积分上下限的范围过大时可以使用JAVA,这样计算机运算速度减慢的程度比较明显,同时也大大降低了计算的精度。通过JAVA微积分计算方法的创新,可以弥补传统算法造成的缺陷。
  (一)微分计算的创新应用
  导数是微积分的主要支柱部分,所以在微积分计算时,除了要将传统计算方法中存在的问题解决掉,还应对导数的含义进行了解。有定义可以看出,一阶导数的计算须要两个点来完成。在传统的计算方法中,两点分别用(x,f(x))、(x+h,f(x+h))来表示,并且值趋于零。
  1.传统方法的研究分析
  传统的计算方法,当值很大时计算精度将会消失。实际上,函数斜率是随增大而增大的。因此在值很大的情况下,斜率值也会变得很大。在值发生很小变化时,值将会发生很大变化,斜率也将会变得更大。与传统的计算方法比较而言,这种方法计算的结果会更精准。下面可通过例题对这种结果产生的原因进行讨论。以点(1,f(1))为例,能够清楚地发现,(1+h,f(1+h))、(1-h,f(1-h))两点连接的直线与点(1,f(1))切线平行,但是(1+h,f(1+h))、(1,f(1))两点连接的直线与(1,f(1))点的切线不平行。因此(1+h,f(1+h))与(1-h,f(1-h))两点连线的斜率和切线斜率更为接近,这种情况或许能够说明新方法的正确率更高。
  2.观点证明
  以f(x)=x3为例,有symmetric difference quotient得出其中的差。理想值与实际值之间的差则表示为电脑的计算误差。由此可以看出,误差得到了有效控制,保持在0.0001的误差值。然而在x=1000时,差值好似变成了0。但是,此时误差值仍旧为0.0001。这种情况下,实际值其实非常大,看起来0.0001就比较小,鉴于计算的本身因素,电脑将这种0.0001的误差值忽略不计了。
  因此,在微积分计算时还是实实在在有误差存在的,计算需要更进一步精确。为了使准确度进一步提高,需要对h值给予调整。h数值越小,两点之间的距离越近,进而使结果的准确度就越高。
  例如,在h值为0.0000000001时,所得结果为300。看起来误差仿佛被消除了,但是实际上还是有误差存在的,只是很小很小罢了,被电脑忽略掉了。因此,0.0000000001是最佳数值。
  (二)微分计算的创新应用
  在传统积分的计算中,所存在的问题被解决的前提下,应先对积分的含义进行了解。实际上定积分是多个长f(x)、宽为h(趋于0)的面积和。在这种概念下,产生了传统的计算方法。比如运用right Riemann sum of rectangles方法,将积分区域划分成若干个极小的矩形。将这些矩形依次相加,可以得出一个值和积分值非常相近。
  1.传统方法的研究分析
  同样以right Riemann sum of rectangles为例,在传统的定积分计算中,先对诸多小矩形面积之和进行计算。为了提高结果的精准度,将矩形面积分割得尽可能小,以提高小矩形在计算中的应用次数。但是这种目的在JAVA中应用效果非常不理想。JAVA中for-loop的创设是最常用的和计算方法。for-loop中,先通过将前两项进行相加,然后将相加两项的和与第三项相加,如此下去,矩形分割得数量越多,计算机需要运行的计算步骤也越多。
  2.观点证明
  当矩形数量非常多时,需要计算机运算的次数也会很多,最终导致计算机运算速度减慢。以f(x)=x3来证明这种观点。可以看出,当矩形数量大大增加时,计算机运算的时间也会越长。时间会随着上下限之差增加而增加。由此可知,定积分更好的计算方法,就是最大限度地减少for-loop运行次数甚至不进行循环运行。
  新方法解释前,需要对二次函数进行研究,分析二次函數定积分最好的计算方法。lfq=a×2+bx+c,then np(x)dx=(b-■)(p(a)+4p(a+b)+p(b)).这是二次函数最好的计算方法,因为这种方法不需要利用传统方法去求和然后进行定积分的计算,无需用for-loop,只需带入公式一次计算。因此这种计算方式执行速度较快。
  以f(x)=x3为例对两种方法计算方法进行比较,能够明显地看出新方法具有更快的运算速度。如果将任意函数分解成若干份,该函数定积分值同样能够满足该公式的运算法则。
  在高等数学微积分课程学习过程中,学生理解定理的程度、运用知识的能力,主要体现在解题的过程。学生正确解题思路的培养是数学教学的重要环节,更是结构教学与目标教学的有机结合。在微积分教学中,借助JAVA平台、高效率、高精度的计算方法的创新与运用,对于学习效率的提高、学生发散性思维能力的培养具有很好的促进作用。
  参考文献:
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  [3]姚晓辉.高等数学微积分理念的多领域应用分析[J].长沙铁道学院学报(社会科学版),2014(1):225-226.
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