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同构是数学中一个重要的概念,若两代数系统同构,则其上的对象会有相同的属性和性质,对某个系统成立的命题在另一个系统上也就成立.因此,如果在某个数学领域发现了一个对象结构同构于某个结构,且对于该系统已经得到许多结论,那么这些结论就可以应用到另一领域.
高中数学新课程选修系列中增加了“矩阵与变换”的内容,本文将证明复数系统与某类矩阵系统同构,从而可以从矩阵与变换的观点看复数,另外,把矩阵与变换的问题转换成学生熟悉的复数问题,再从复数的某些运算性质猜测相应的矩阵与行列式运算性质,还可从复数的分类看该类矩阵结构中矩阵的分类,旨在提供矩阵方面与复数的一种视角,同时也能加强这两部分知识间的联系.
1.3两代数系统同构
2.从矩阵与变换的观点看复数
高中数学新课程选修系列中矩阵与变换知识的出现,使相关知识逐渐为人们所熟悉.而在复数的教学实践中,虚数单位的理解是个难点,因此,从矩阵也变换的观点看复数,既能加强这两部分知识的联系,又能加深学生对虚数单位数学本质的理解.
4.共轭复数运算与矩阵行列式运算
合情推理是根据已有的事实和正确的结论(包括定义、公理、定理等)、实验和实践的结果,以及个人的经验和直觉等推测某些结果的推理过程.在解决问题的过程中,合情推理具有猜测和发现结论、探索和提供思路的作用,有利于创新意识的培养.由于矩阵与复数系统的同构,使得它们具体相似的性质,因此可以采用类比的方法推测它们可能具有的性质.
5.从复数分类看部分矩阵的分类
对任一a bi∈C■,根据a、b的不同取值情况,可将复数分为四大类:①零(a=0,b=0);②非零实数(a≠0,b=0);③纯虚数(a=0,b≠0);④非实数且非纯虚数(a≠0,b≠0).由对应法则(Ⅰ)有,上述四类复数分别对于矩阵0 00 0,a 00 a,0 -bb 0,a -bb a(a≠0,b≠0),亦即我们也可将C■中矩阵细分为上述四大类,而由矩阵知识我们可知四大类分别为零矩阵、对称矩阵、反对称矩阵、“第四类矩阵”(a≠0,b≠0)(指C■中除前三类外的).事实上,对任一方阵A,我们有A=B C,其中B为对称矩阵,C为反对称矩阵,对应在C■中,即如下运算:a -ba a=a 00 a 0 -bb 0.应用对应法则(Ⅰ)则可得,任一复数(非实数的)复数可唯一地表示为一个实数与一个纯虚数的和.
数学中看似两个不相关的领域——复数和矩阵,经抽象概括后,可得到相同的数学理论,体现了数学的不同分支和不同内容之间的联系.应用同构的观点,让学生感受数学的整体性,进一步理解数学的本质,提高解决问题的能力.
高中数学新课程选修系列中增加了“矩阵与变换”的内容,本文将证明复数系统与某类矩阵系统同构,从而可以从矩阵与变换的观点看复数,另外,把矩阵与变换的问题转换成学生熟悉的复数问题,再从复数的某些运算性质猜测相应的矩阵与行列式运算性质,还可从复数的分类看该类矩阵结构中矩阵的分类,旨在提供矩阵方面与复数的一种视角,同时也能加强这两部分知识间的联系.
1.3两代数系统同构
2.从矩阵与变换的观点看复数
高中数学新课程选修系列中矩阵与变换知识的出现,使相关知识逐渐为人们所熟悉.而在复数的教学实践中,虚数单位的理解是个难点,因此,从矩阵也变换的观点看复数,既能加强这两部分知识的联系,又能加深学生对虚数单位数学本质的理解.
4.共轭复数运算与矩阵行列式运算
合情推理是根据已有的事实和正确的结论(包括定义、公理、定理等)、实验和实践的结果,以及个人的经验和直觉等推测某些结果的推理过程.在解决问题的过程中,合情推理具有猜测和发现结论、探索和提供思路的作用,有利于创新意识的培养.由于矩阵与复数系统的同构,使得它们具体相似的性质,因此可以采用类比的方法推测它们可能具有的性质.
5.从复数分类看部分矩阵的分类
对任一a bi∈C■,根据a、b的不同取值情况,可将复数分为四大类:①零(a=0,b=0);②非零实数(a≠0,b=0);③纯虚数(a=0,b≠0);④非实数且非纯虚数(a≠0,b≠0).由对应法则(Ⅰ)有,上述四类复数分别对于矩阵0 00 0,a 00 a,0 -bb 0,a -bb a(a≠0,b≠0),亦即我们也可将C■中矩阵细分为上述四大类,而由矩阵知识我们可知四大类分别为零矩阵、对称矩阵、反对称矩阵、“第四类矩阵”(a≠0,b≠0)(指C■中除前三类外的).事实上,对任一方阵A,我们有A=B C,其中B为对称矩阵,C为反对称矩阵,对应在C■中,即如下运算:a -ba a=a 00 a 0 -bb 0.应用对应法则(Ⅰ)则可得,任一复数(非实数的)复数可唯一地表示为一个实数与一个纯虚数的和.
数学中看似两个不相关的领域——复数和矩阵,经抽象概括后,可得到相同的数学理论,体现了数学的不同分支和不同内容之间的联系.应用同构的观点,让学生感受数学的整体性,进一步理解数学的本质,提高解决问题的能力.