高等代数学习方法探析

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  摘 要: 由于高等代数概念多,具有高度的抽象性,学生在学习过程中往往不知所措,从而心生畏惧,甚至放弃该课程的学习.鉴于此,有必要通过研究其课程体系及基本的学习方法,找到切入点和突破口,调动学生的学习积极性.
  关键词: 高等代数 学习方法 总结
  一、绪论
  1.高等代数学习方法探析的背景及意义
  高等代数是一门抽象的学科,主要包括两部分内容:多项式理论初步和线性代数基础.多项式和方程一直是代数学发展的主旋律;线性代数则是应用极为广泛的一门学科.因此,它是我们大学数学领域不可或缺的一门基础性学科,但是多数学生对高等代数的学习感到困惑,抽象的概念等常常让学生感到畏惧,甚至觉得高等代数枯燥无味,最终选择放弃.本文以张禾瑞、郝鈵新编的《高等代数》第五版为例,针对以上现象,在“高等代数学习方法”方面作了初步探析,通过化抽象为具体、化繁为简等有效而简单的方法,尽可能让学生全面认识并高效学习高等代数这门学科.
  2.高等代数学习方法探析的思路
  通过对高等代数教材的研究、分析,同时用实例加以剖析,从而进行归纳、总结,达到引导学生自主思考,积极探索问题的目的.
  二、高等代数学习中的“问题”
  1.概念抽象
  比如向量空间的定义:令F是一个数域(当中的元素称作标量,用小写拉丁字母a,b,c…表示),V是一个非空集合(当中的元素称作向量,用小写希腊字母α,β,γ…),如果下列条件满足,就称V是F上的一个向量空间[1]:
  (1)在V中定义了一个加法,V中任意两个向量α,β,有V中一个唯一确定的向量与它们对应,这个向量叫α,β的和,记作α β;
  (2)定义了一个乘法,即aα属于V;
  (3)向量的加法和标量与向量的乘法满足八条性质:向量加法中的交换律、结合律、零向量与任意向量的和为任意向量、一个向量与其负向量的和为零向量;标量与向量的乘法中有向量对标量的分配率、标量对向量的分配率、两个标量与向量相乘的结合律、数1与向量相乘还等于向量.
  以上这么多内容都是对向量空间的描述,看起来就是定义了一些计算法则,然而,对于初学者来说显得抽象而繁琐,最重要的是,定义中引入的零向量、负向量都不是普通意义上的数0和相反数,这给学生增加了理解概念的难度.
  再到后面又判定向量的线性相关性,尤其是向量线性无关的概念:若不存在一组不全为零的数使得与一组向量的线性组合为零,则这组向量线性无关.几乎刚接触这个概念的多数同学都读不懂是什么含义,通常多数同学的理解就是:有一组全为零的数使得与一组向量的线性组合为零,那么就称向量是线性无关的.这就完全曲解了定义.
  2.逻辑繁琐
  高等代数中数理逻辑很严密,但同时比较繁琐,第一章介绍基本概念不存在什么大问题,从第二章的多项式开始,就在中学内容的基础上加深,多项式的整除、唯一分解性及在各数域上的可约与不可约性,等等;第三章的行列式主要难点就是行列式的计算,规则较多;第四章就是利用克拉默规则研究齐次方程组的解,也是较繁琐,第五章的矩阵是为后面几章打基础,但矩阵的运算也需要掌握很多知识;从第六章开始,就显得抽象、繁琐,对空间向量的介绍到向量的线性关系再到欧氏空间、酉空间和二次型,都涉及矩阵,用矩阵的秩分析线性方程组的解的情况,向量空间的维数,以及空间与空间之间的相互关系,是等价、相似还是合同的关系,等等.总而言之,高等代数这门学科的理论逻辑还是较繁琐的.
  3.章节脱节
  多数同学在学习了一个章节进入下一个章节后,常常觉得很难适应,通常是学了后面忘了前面.甚至当老师提及到某个概念时完全没有了印象,也不知道前面的章节学了有什么用,总感觉后面的都是新的知识点,与前面没多大联系.比如在五、六章学习了矩阵的秩、空间的基与维数等性质,到第七章讨论本征值和本征向量时有觉得矩阵、空间的基与维数这些都很陌生,感觉很乱,理不清层次和它们之间的关系.
  三、高等代数学习方法的归纳与思维转换
  针对上述在学习《高等代数》课程中存在的问题,经过对比研究,联系整个代数课程体系,提出以下学习方法,便于进一步理解和掌握《高等代数》的基本内容[2].
  1.概念定理理解通透
  对于抽象概念的理解:
  第一,有实例就用实例帮助理解,比如多项式的定义,课本给的是一个抽象的代数表达式,那么我们就可以从课后习题的具体多项式出发,进一步理解多项式,了解它的特点及计算规则.
  第二,用类比的方法,例如高代中的向量的内积就可以类比几何中的向量的数量积,多项式的运算、整除性及公因式可以类比中学的四则运算、整数的整除性及其因式分解等.
  第三,可以用几何中的图形帮组理解,比如高代中的线性空间在几何中就是以二维、三维空间为实例模型的;向量的线性关系在几何中就可以表示向量共面与否的问题.又如正定变换总能把一个向量变换为与该向量同侧的向量,即是说这两个向量作内积是大于零[3].
  2.加强章节间的联系
  首先,对于教材,从目录要大致了解所要学的大体内容;其次,对各章作一个总结,然后找出难点,勾出疑点,最主要的是寻找与前后章节的区别与联系.下面给出了《高等代数》课程体系的整个脉络及学习技巧.
  3.化繁为简,化抽象为具体
  通常抽象的概念除了图形理解、实例记忆之外,就是要学会在繁多的概念中抽出关键词,简单记忆.比如对向量空间描述可以这样:
  (1)前提:一个集合V(非空),一个数域F;
  (2)规则:V中向量加法封闭,数与向量乘积封闭;满足八条规则(加法:交换律、结合律、零元、负元.乘法:向量对数的分配、数对向量的分配、数乘结合,1乘不变);
  (3)满足上面两个条件,则称V是F上的向量空间.
  这样概括后,概念明显简单许多,便于理解及长久记忆.
  四、总结
  通过对以上几个方面的探析,学习高等代数可以有多种多样的方法,学习这样的抽象学科,不可能还用中学的题海战术或是死记硬背,一定要学会在学习过程找到简单高效的方法,这门学科也来源于生活,服务于生活,因此要理论联系实际.当然,不可缺少的还有空间想象能力和构思能力.
  参考文献:
  [1]张禾瑞,郝鈵新.高等代数[M].高等教育出版社,2007.
  [2]北京大学数学系几何与代数教研室代数小组.高等代数(第三版)[M].高等教育出版社,2004.
  [3]黄益生.高等代数[M].清华大学出版社,2014.
  基金项目:遵义师范学院基础教育研究课题(编号13ZYJ 032),贵州省科技厅联合基金项目(黔科合J字LKZS[2014]29号).
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