浅析高等代数与中学数学的关联

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  摘 要:本文分析了高等代数与中学数学在知识方面的联系,找出其在知识上的众多关联。高等代数在思想内容上是中学数学的因袭和扩展,在观念上是中学数学的深化和发展,更具抽象化和归一化。
  关键词:高等代数;中学数学;数学思想方法;数学观念
  信计专业从大学一年级就开设了高等代数课程。它是大学数学专业的重要的基础课程,也是学生感到比较抽象难学的课程,需要学生初步地掌握基本、系统的代数知识和抽象、严格的代数方法。
  在近几年的教学中,笔者发现高等代数教学一直存在着如下的问题:一方面,由于高等代数的抽象性且与中学知识难以直接衔接,不少大一学生一接触到高等代数课程,就会产生畏难情绪;另一方面,由于高等数学理论与中学教学脱节,许多学生会感到有点不知所措。不少学生普遍感到这门课程“难学”,上课能听懂,但习题“难做”,似乎无规律可循。为了解决上述问题,笔者从知识内容和思想方法上将高等代数课程与中学数学进行比较。通过比较后发现:高等代数课程在知识上是中学数学的继续和提高,在思想内容上是中学数学的因袭和扩展,在观念上是中学数学的深化和发展。在教学中,教师要尽量注意到新旧知识的衔接和中学知识的延伸,通过具体的、深入浅出的讲解,提高学生的学习兴趣。这样,高等数学类课程的学习难度就会大大降低。
  一、高等数学类课程与中学数学在知识方面的联系
  中学代数中讲过多项式的加、减、乘、除运算法则和因式分解的一些常用方法,如求根法和十字相乘法等。高等代数在第一章多项式中就拓宽多项式的含义,严格定义多项式的次数,在加法、乘法运算的基础上给出了多项式环的概念。接着讲了多项式的整除理论及最大公因式理论,用不可约多项式的严格定义解释了“不可再分”的含义,接着给出了不可约多项式与唯一因式分解的存在和唯一性定理,分别给出了复数系、实数系和有理数系的因式分解
  中学代数讲过一元一次、二元一次、三元一次方程组的解法,特别是二元一次方程。高等代数中先给出了行列式定义与计算方法,然后对n个未知数和n个方程组的情形,在行列式D不为零时,给出了Cramer法则。第三章重点讲线性方程组的解法(矩阵消元解法),特别是在引入了矩阵的概念和算法后,书写和计算简洁上有了很大的进步。最后给出了线性方程组解的判定及解与解之间的关系,得到了基础解系的表达方式,从而给线性方程组的求解画上了圆满的句号。
  中学数学学习了向量的运算,如加减法、数量积、长度和夹角等概念。高等代数第九章欧几里得空间中对此进行了全面的定义,将其一般化,其中内积运算更具代表性,中学数学中讲到的仅仅是向量元素的一种特殊情形。
  可见,高等代数在知识上的确是中学数学的继续和提高。它不仅解释了许多中学数学未能说清楚的问题,如多项式的根及因式分解理论、线性方程组理论等,而且以中学数学中涉及的整数、实数、平面向量为实例,引入了数环、数域、向量空间,进而得到欧氏空间等代数系统。这对用现代数学的观点和方法去研究中学数学是十分有用的。
  二、高等数学类课程与中学数学在思想方法上的联系
  1.抽象化
  中学阶段用字母表示数,开创了在一般形式下研究数、式、方程的概念。高等代数用字母表示多项式、矩阵,变换等,并开始研究抽象的代数系统——向量空间。这里,向量空间、欧氏空间也不再局限于有直观意义的空间形式,这一新的观念对于指导中学教改是至关重要的。随着概念抽象化程度的不断提高,数学研究的对象也急剧扩大,进而定义一些运算,如加法、乘法运算,得到群、环等概念。高等代数等近现代数学课程都说明:数学是一门应用抽象量化方法研究关系、结构的科学。
  2.归一化
  在高等代数里,通过按行、按列展开,将阶数较高的行列式化为阶数较低的行列式;通过分离系数,将线性方程组的研究转化为增广矩阵的研究;将二次型的研究转化为对实对称矩阵的研究;通过选定基,将向量之间的关系转化为向量坐标之间的关系;将线性变换的研究转化为矩阵的研究等;同时按元素间的关系进行分类,如用等价关系、相似关系、合同关系对矩阵分类;利用同构关系对线性空间分类、用维数对欧氏空间分类等,这都用到归一化思想。
  总之,中学数学教学中,由于受中学生理解能力和所学知识所限,许多概念只能给出定性的描述,推理的严谨性也不够明显,常借助于图形。而高等代数在数学基本知识技能方面的培养上是承上启下的,一般先给出严格的定义,然后从定义出发,通过严密的逻辑推理得出性质、定理、推论,直至建立完整的理论体系,同时具备抽象性和归一性,应用更广泛,从而能解决更复杂的问题。
  参考文献:
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