数形结合在高等数学中的应用

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  摘要:数形结合实际上是把抽象的数学语言转化为直观的图形。这个方法的应用,既可以简单形象的解决数学问题,又可以开拓我们的学习思路。本文重点讨论了数形结合思想在集合、数轴、函数、方程等的应用。
  关键词:高等数学;数形结合;抽象
  中国分类号:O13
  1引言
  高等数学是高校中理工以及财会等专业的一门公共基础课,教学内容很多,但教学课时往往安排的偏少,再加高等数学是一门高度抽象的学科,在知识的广度和深度上,在思维能力上,都有极高的要求,这就给教学带来了很大困难。这就要求教师在教学过程中要把抽象的知识点形象化、具体化,引入数形结合思想有助于这一问题的解决。通过数形结合思想培养学生多方面的思维能力,例如形象思维和逻辑思维等,数形结合有助于加强对概念、定义的深入理解,提高解题效率。另外,数形结合思想体现了数学的实用价值,通过形象的图形来描述数学问题,达到了解题的求简目的,增加了学生的学习兴趣,增强学习的信心。
  2数形结合在高等数学中的应用实例
  利用数形结合可以增加高等数学解题的求简意识。数学知识来源于对实践的感性认识,在对数学的认识过程中,也是这样。通过数形结合可以提高对数学知识的认知能力,通过数形结合可以从直接体验数学知识,加强对概念、定义、定理的理解,更好的掌握数学知识的内涵和外延,提高对高等数学的自主学习能力。
  2.1利用数轴解决集合的相关问题
  当两个集合的解是不等式时,要求其并集或者交集,可以用过数轴表示来把不等式的解集表示出来。
  例1:已知集合A={X|-2  (1)若A B,求a的范围
  (2)若B A,求a的范围
  解:
  (1)用数轴来表示集合A,根据题意得,集合B覆盖集合A,如图(1),则a≥2,且2a≥6,
  得出a≥3。
  (2)若集合A覆盖集合B,如图(2)所示,则-a≥-2, 且6≥2a,且2a>-a,得出0  -a -2 6 2a -2 -a 2a 6
  (1) (2)
  通过上述例题充分利用了数轴,把抽象的数学问题反映到图形上,清晰的表达各集合之间的关系,从而得解答集合运算、求解参数值等一系列的问题。
  2.2函数图像的应用
  函数图像是高等数学的重要内容,充分利用函数图像可以简化解题过程。
  例2:已知方程|x2-2x-1|=k有4個根,求实数k的取值范围。
  解析:此题目是讨论根的个数,不用求具体的解,该题可以转化为求两个曲线交点的个数。
  解:方程|x2-2x-1|=k根的个数讨论可以转化为函数y=|x2-2x-1|和y=k两图像的交点情况。根据题意画函数图像得4个交点,如图(3),则当0  y=|x2-2x-1|
  y=k
  (3)
  该类题型的解答,如果当作方程式求解,来求参数的取值,难度会很大,但是转化为函数图像问题,则转化为定性讨论,利用函数图像,此问题就迎刃而解了。因此,函数图像可以作为根的个数讨论的重要方法。另外,函数图像还可以解决函数单调区间的讨论问题、抽象函数问题等。
  3小结
  在数形结合的过程中,“数”的代数性质与“形”的几何性质可以互相表达,二者保持一致的等价性,从根本上保证了数形结合思想的统一发展。直观的几何图形能够把抽象的数学知识形象化、简便化,从而给我们良好的视觉感受,增强对高等数学学习的乐趣。
  在进行几何直观的分析的同时还要进行代数抽象的探索,代数表达及其运算比起几何图形及其结构有着自身固有的优越性,能克服几何直观方法的许多局限性,“数”与“形”各有其优缺点,我们就要尽量做到删繁就简,去粗取精,从而扬长避短,尽可能地发挥它们各自的优势。最后,数形转换时尽可能构图简单合理优美,从而可使代数计算简洁、明了,这样还能给我们良好的视觉感受,增添我们的学习乐趣。
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