浅谈数学中的对称性及其应用

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  【中图分类号】G633.6 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089(2017)16-0112-01
  一、日常对称及数学中的对称性
  人们在日常生活中对对称的理解很简单,事物两边的分布基本相同,就看作是对称的。对称图形在我拉生活中比比皆是。
  对称性在数学研究中有不可替代的作用,并且在数学应用领域中非常广泛,在做题过程中,应用对称性可以便于理解,起到事半功倍的作用。
  二、数学中对称性的表现
  数学中对称性在现实生活中应用随处可见,处处都离不开它。并且在数学中我们都可能用到对称性,生活中更是离不开它。数学中所有公式、图形、结构等等的对称,都被看作是数学中对称性。
  小学数学中有奇数、偶数;初中数学中有正数、负数;高中数学中像二项式展开:,,,…对称最明显,再比如:点P(m、n)关于x轴的对称点 P0(m、-n),P和P0两点关于x轴的对称。数学中的对称还有很多等等。
  (一)图形的对称:数学中的图形大多数是对称图形,对称图形分为中心对称、轴对称等等。比如,圆既是中心对称也是轴对称图形;球体是中心对称而且所有过对称中心的平面都是对称平面。立体几何图形中对称轴最多的是球形,平面图形中对称轴最多的是圆形。
  生活中建筑物中有很多是对称的,例如故宫、天安门、人民大会堂、等建筑都体现了对称性,这些建筑都是数学中的轴对称图形和中心对称图形在实际中的应用。
  (二)数字的对称:在自然数中,我们把从左向右看和从右向左看数字都一样,换句话说,就是“数字排列左右对称”,就把它叫做“回文数”。比如232、23432、123454321都是回文数。当然,由同一个数字组成的数,如2222、333就是回文数,84+48=132,132+231=363,363也是个回文数。人们对大自然进行了这样的计算,都得到了回文数。
  (三)公式的对称:在我们所学过的数学公式中,对称一直存在。比如加法、乘法的运算定律:,,等;完全平方差以及平方差公式:。在计算三角形面积的公式中也存在着很多的对称性。
  二项式定理的展开式呈现的也是一种对称性:,,,…展开式的系数当1,2,3… 时,列成表便出现了一种几何对称:
  上图除1以外的每个数都等于上边两个数之和,这就是著名的“杨辉三角”,它是我国数学发展史上的一个辉煌成就,它反映的就是数学中的典型对称性。
  三、数学概念与定理的对称性
  数学对称性也表现在各种概念和定理的对称性。如正弦定理,概括了三角形边、角与外接圆的半径之间的关系,结构对称。奇数与偶数、也可视为对称关系。从运算关系角度看,加与减、乘与除、乘方与开方,指数与对数、微分与积分等等,这些互逆运算都是对称关系,从函数角度看,函数与反函数也是一种对称,从命题角度看,原定理与逆定理、否定理也存在着对称关系等等。
  四、数学解题中对称性的应用
  生活中对称是人们看一个物体是否美观的标准,它不仅已经成为一种深刻的思想,而且还是一种解决问题的方法。它影响了每个人的思想,人们还擅长用它来解决实际问题。在数学解题步骤中要考虑到对称性,并且运用对称性进行思考,可以使我们找到比较好的解题方法,在数学中有很多的应用。
  (一)在函数中的应用:关于原点对称是奇函数,关于y轴对称是偶函数;函数图像对称转换:函数的轴对称;函数的点对称;函数的对称性与周期性的联系等等。
  (二)在几何图形中的应用:对称思想在平面几何、解析几何、立体几何、身影几何中都有应用。如点关于已知点或已知直线对称点问题;曲线关于已知点或已知直线的对称曲线问题;曲线本身的对称问题等等。
  (三)在数列中的应用:如果等差数列是有限的,那么与首末两项距离相等的两项的和相等。
  五、中学数学教学与对称性
  成功的教学总是给人以一种享受.从古至今,在数学教学中,教师要看重基础知识和基本技能的讲解与练习,运用数学中存在的对称性,应用这些特点来激发学生的学习兴趣,增强学习数学的动力。
  在数学教学过程中,充分发现数学中的对称性,运算中的对称性、函数中的对称性、几何图形中的对称性,激发学生发现数学中的对称性,使学生从感性認识上升到理性认识,使学生对所学的知识更易于接受,便于理解,培养学生爱好数学的兴趣。
  在数学问题的求解过程中,充分运用对称性的思想方法,可以提高学生的直觉思维能力和形象思维能力,开拓解题新思路,进而提高学生解决问题的能力和对数学思想方法的领悟,使学生由此而产生学习数学的兴趣.在数学解题过程中,若能积极挖掘问题中隐含的对称性,巧妙地利用对称性,可使复杂的问题变得条理清楚,如果能对其结构进行对称性的分析,从而确定解题的总体思路或入手方向。
  数学常以对称的形式表现出来。其中对称是数学美的重要组成部分,它普遍存在于初等数学与高等数学的各个分支。对称性在数学研究中有重要作用,它是数学创造与发现的方法之一。对称性在数学解题中也有广泛的应用,在解题过程中,考虑对称性的因素有时可提升解题的效果。
  六、总结
  中职学生因为数学双基普遍比较薄弱,初中的基础较差。那么,如何在数学教学中激发、调动学生的学习积极性就显得很重要,它是数学教学的关键。在函数及几何教学中,我们会让学生小组合作,教师分层教学,师生做一些几何模型,多媒体课件等,让学生通过观察其中的对称性,从而想出解题的思路,找出解题的方法,有效提高学生运算能力,逻辑思维能力及空间想像能力。总之,中职学校数学教师应不断更新数学教学理念,不断提高教学水平,要从学生实际和教材的内容出发,运用合理的教学方法,调动他们学习数学的积极性,从而学好数学。
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