初中數(shù)學(xué)校本教材(完整版).doc

初中數(shù)學(xué)校本教材 生活與數(shù)學(xué)序言一、把握數(shù)學(xué)的生活性“使教學(xué)有生活味” 數(shù)學(xué)課程標準中指出：“數(shù)學(xué)可以幫助人們更好地探求客觀世界的規(guī)律，并對現(xiàn)代社會中大量紛繁復(fù)雜的信息做出恰當(dāng)?shù)倪x擇和判斷，進而解決問題，直接為社會創(chuàng)造價值”。這說明數(shù)學(xué)來源于社會，同時也反作用于社會，社會生活與數(shù)學(xué)關(guān)系密切，它已經(jīng)滲透到生活的每個方面，我們的衣食住行都離不開它?，F(xiàn)代數(shù)學(xué)論認為：數(shù)學(xué)源于生活，又運用于生活，生活中充滿數(shù)學(xué)，數(shù)學(xué)教育寓于生活實際。有意識地引導(dǎo)學(xué)生溝通生活中的具體問題與有關(guān)數(shù)學(xué)問題的聯(lián)系，借助學(xué)生熟悉的生活實際中的具體事例，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的求知欲，幫助學(xué)生更好的理解和掌握數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識，并運用學(xué)到的數(shù)學(xué)知識去解決實際生活中的數(shù)學(xué)問題。二、把握數(shù)學(xué)的美育性“使教學(xué)有韻味”數(shù)學(xué)家克萊因認為：“數(shù)學(xué)是人類最高超的智力成就，也是人類心靈最獨特的創(chuàng)作。音樂能激發(fā)或撫慰情懷，繪畫使人賞心悅目，詩歌能動人心弦，哲學(xué)使人獲得智慧，科學(xué)可改善物質(zhì)生活，但數(shù)學(xué)能給予以上的一切?！?美作為現(xiàn)實的事物和現(xiàn)象，物質(zhì)產(chǎn)品和精神產(chǎn)品、藝術(shù)作品等屬性總和，具有：勻稱性、比例性、和諧性、色彩變幻、鮮明性和新穎性。作為精神產(chǎn)品的數(shù)學(xué)就具有上述美的特點。簡練、精確是數(shù)學(xué)的美。數(shù)學(xué)的基本定理說法簡約，卻又涵蓋真理，讓人閱讀簡便卻又印象深刻。數(shù)學(xué)語言是如此慎重的、有意的而且經(jīng)常是精心設(shè)計的，憑借數(shù)學(xué)語言的嚴密性和簡潔性，我們就可以表達和研究數(shù)學(xué)思想，這種簡潔性有助于思維的效率。數(shù)學(xué)很講究它的邏輯美。數(shù)學(xué)的應(yīng)用是被人們廣泛認同的，可學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)還能訓(xùn)練人的邏輯思維能力。尤其是幾何的證明講究前因后果，每一步都要前后呼應(yīng)，抽象的數(shù)學(xué)也顯示它模糊的美。抽象給我們想象的余地，讓我們思維海闊天空，給學(xué)生留有了思索和創(chuàng)新的空間。抽象的數(shù)學(xué)不正展示它的魅力嗎？數(shù)學(xué)上有很多知識是和對稱有關(guān)的。對稱給人協(xié)調(diào)，平穩(wěn)的感覺，像圓，正方體等，它們的形式是如此的勻稱優(yōu)美。正是由于幾何圖形中有這些點對稱、線對稱、面對稱，才構(gòu)成了美麗的圖案，精美的建筑，巧奪天工的生活世界，也才給我們帶來豐富的自然美，多彩的生活美。中學(xué)數(shù)學(xué)的美育性，除了上述一些方面，還有其它美妙的地方，只要我們用心挖掘和捕捉，就會發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)蘊涵著如此豐富的美的因素，教師要善于挖掘美的素材，在學(xué)生感受美的同時既提高教學(xué)質(zhì)量，又使教學(xué)韻味深厚。三、把握校本教材的可讀性-“使教學(xué)有拓展性”陶行知先生早就說過：“在現(xiàn)狀下，把學(xué)習(xí)的基本自由還給學(xué)生?！?，經(jīng)過我們反復(fù)的思考和研究，同時邀請專家親臨指點，最終我們確定本課程的基本框架，本課程的設(shè)計理念就是要“把學(xué)習(xí)的基本自由還給學(xué)生”，所有的過程基本上都是以學(xué)生的活動展開的，真正實現(xiàn)“自主、合作、探究”的學(xué)習(xí)方式的變革，本課程共分為六個章節(jié)，分別是：古老的數(shù)學(xué)，好玩的數(shù)學(xué)，有用的數(shù)學(xué)，智慧的數(shù)學(xué)，先進的數(shù)學(xué)和美麗的數(shù)學(xué)。在古老的數(shù)學(xué)一章中，并不是把數(shù)學(xué)史作為一門研究數(shù)學(xué)的起源、發(fā)展過程和規(guī)律的學(xué)科，而是根據(jù)現(xiàn)代心理學(xué)發(fā)現(xiàn)的一個體現(xiàn)數(shù)學(xué)史的認知功能的“遺傳法則”。從數(shù)學(xué)一次又一次的飛躍中尋找數(shù)學(xué)發(fā)現(xiàn)的故事，用故事的形式讓學(xué)生了解這些數(shù)學(xué)知識產(chǎn)生的背景、體會數(shù)學(xué)家們?yōu)閷ふ疫@些知識的付出的艱辛。這樣一方面可以讓學(xué)生從本質(zhì)上更好的理解自己所學(xué)的知識；另一方面也可以以此作為人生觀與價值觀教育的教材，讓學(xué)生體會“只有付出努力才會獲得成功的人生道理”，“為實現(xiàn)理想而不懈追求的數(shù)學(xué)精神”。在好玩的數(shù)學(xué)一章中，利用心理學(xué)中“興趣是學(xué)習(xí)最好的老師”的規(guī)律，以一系列數(shù)學(xué)游戲為載體，讓學(xué)生感受到數(shù)學(xué)并不是“枯燥”的代名詞，真正的數(shù)學(xué)其實可以是樂趣無窮的，以此來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并以這種興趣作為他以后學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的動力和源泉。這樣一方面可以讓學(xué)生主動意識到自己愛玩的游戲原來與數(shù)學(xué)緊密相連，從而為學(xué)生學(xué)好數(shù)學(xué)培養(yǎng)內(nèi)在驅(qū)動力；另一方面，也可以在學(xué)生玩游戲的過程中幫助學(xué)生鞏固看似乏味的知識，讓學(xué)生的學(xué)科知識在游戲中得到鍛煉和提升。在有用的數(shù)學(xué)一章中，根據(jù)數(shù)學(xué)課程標準：義務(wù)教育階段的數(shù)學(xué)課程要求“人人學(xué)有價值的數(shù)學(xué)”，設(shè)計了很多貼近學(xué)生、符合實際、利用學(xué)生現(xiàn)有知識能夠解決的生活實例。這樣做可以使學(xué)生深刻的感受到生活中處處存在著數(shù)學(xué)，數(shù)學(xué)來源于生活。這些在生活中經(jīng)常碰到的數(shù)學(xué)問題需要我們?nèi)ヌ骄?，學(xué)生通過對這些數(shù)學(xué)問題的解決，能夠更具體更深刻的理解什么是數(shù)學(xué)，知道學(xué)習(xí)和學(xué)好數(shù)學(xué)是很有用的，從而進一步培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興趣、增強學(xué)生學(xué)好數(shù)學(xué)的內(nèi)在驅(qū)動力。在智慧的數(shù)學(xué)一章中，通過穿插一些有趣的數(shù)學(xué)小故事,以改變?nèi)藗冋J為科學(xué)研究枯燥無味的看法。本章內(nèi)容主要包括有趣的數(shù)學(xué)問題、經(jīng)典的數(shù)學(xué)問題、奇怪的數(shù)學(xué)問題。通過對“有趣的數(shù)學(xué)問題”的研究，使學(xué)生對數(shù)學(xué)中的存在的智慧產(chǎn)生強烈的好奇與追求，從而激發(fā)學(xué)生天生的求知欲；通過對“經(jīng)典的數(shù)學(xué)問題”的研究使學(xué)生掌握一些基本的數(shù)學(xué)方法，學(xué)會用數(shù)學(xué)的方法解決問題；通過對“奇怪的數(shù)學(xué)問題”的研究，幫助學(xué)生開闊眼界，增長知識、鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。在先進的數(shù)學(xué)一章中，主要學(xué)習(xí)和研究數(shù)學(xué)軟件“幾何畫板”的使用方法。通過對幾何畫板軟件的學(xué)習(xí)，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬學(xué)生的知識面，改變學(xué)生“數(shù)學(xué)枯燥論”和“數(shù)學(xué)無用論”的觀點；可以開發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛能，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，從而實現(xiàn)提高學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)的目的；另外，通過對幾何畫板軟件的學(xué)習(xí)，可為學(xué)生學(xué)習(xí)其他計算機軟件打下了一個結(jié)實的基礎(chǔ)，從而提高學(xué)生的電腦素養(yǎng)，為學(xué)生終身發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展做出數(shù)學(xué)教育上的貢獻。在美麗的數(shù)學(xué)一章中，展示給大家的是數(shù)學(xué)的美麗無所不在，數(shù)學(xué)的符號、公式、算法、圖形、表格、方程、解題思路、解題方法都是很美麗的。這些“數(shù)學(xué)之美”都需要我們能夠和我們的學(xué)生一起去尋找、去發(fā)現(xiàn)、去挖掘、去欣賞，使美麗的數(shù)學(xué)成為學(xué)生快樂學(xué)習(xí)的源泉。數(shù)學(xué)的美麗使我們深刻感受到數(shù)學(xué)的教育不應(yīng)該僅僅是作為對數(shù)學(xué)學(xué)科的教學(xué)，更應(yīng)該把它作為一種審美教育的載體，用它來感染和啟迪學(xué)生的心靈，讓學(xué)生的人格更健全，心靈更美好。開發(fā)校本課程要有高度的責(zé)任感、使命感和強烈的事業(yè)心，決不能僅僅憑著自己的興趣，更重要的是要把它作為自己的事業(yè)來做，要付出艱辛的努力、經(jīng)歷痛苦的歷程，只有付出艱辛的努力、經(jīng)歷痛苦的歷程才能在這個過程中感受成功的喜悅與幸福。開發(fā)校本課程，首先要有一個追求（對我們國家的教育事業(yè)無比熱愛，功利心不能太強，不要一說到數(shù)學(xué)研究就問這件事情對我職稱評審有沒有用，對我評骨干教師有沒有用），要確定一個核心思想（即開發(fā)的核心宗旨、研究方向、基本要求），要充分利用校內(nèi)外各類資源，要不斷地進行課程資源的積累和課程特色的培育；校本課程的規(guī)劃要根據(jù)學(xué)生的課程需要來制訂；要選擇貼近時代特點、社會發(fā)展與學(xué)生實際的課程內(nèi)容，要變革教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式，充分發(fā)揮師生的獨立性、自主性和創(chuàng)造性，引導(dǎo)學(xué)生在身心愉悅的環(huán)境中實踐和研究。校本課程的開發(fā)和建設(shè)是一個漫長的道路，需要我們時時刻刻做一個有心人，心中時時刻刻裝著為學(xué)生的終身發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展考慮，裝著為我們數(shù)學(xué)教學(xué)向數(shù)學(xué)教育轉(zhuǎn)變服務(wù)的理想和追求。 第一章 興趣數(shù)學(xué)第一節(jié) 七橋問題（一筆畫問題）18世紀時，歐洲有一個風(fēng)景秀麗的小城哥尼斯堡，那里有七座橋。如圖1所示：河中的小島A與河的左岸B、右岸C各有兩座橋相連結(jié)，河中兩支流間的陸地D與A、B、C各有一座橋相連結(jié)。當(dāng)時哥尼斯堡的居民中流傳著一道難題：一個人怎樣才能一次走遍七座橋，每座橋只走過一次，最后回到出發(fā)點？大家都試圖找出問題的答案，但是誰也解決不了這個問題。七橋問題引起了著名數(shù)學(xué)家歐拉（17071783）的關(guān)注。他把具體七橋布局化歸為圖所示的簡單圖形，于是，七橋問題就變成一個一筆畫問題：怎樣才能從A、B、C、D中的某一點出發(fā)，一筆畫出這個簡單圖形（即筆不離開紙，而且a、b、c、d、e、f、g各條線只畫一次不準重復(fù)），并且最后返回起點？歐拉經(jīng)過研究得出的結(jié)論是：圖是不能一筆畫出的圖形。這就是說，七橋問題是無解的。這個結(jié)論是如何產(chǎn)生呢？如果我們從某點出發(fā)，一筆畫出了某個圖形，到某一點終止，那么除起點和終點外，畫筆每經(jīng)過一個點一次，總有畫進該點的一條線和畫出該點的一條線，因此就有兩條線與該點相連結(jié)。如果畫筆經(jīng)過一個n次，那么就有2n條線與該點相連結(jié)。因此，這個圖形中除起點與終點外的各點，都與偶數(shù)條線相連。如果起點和終點重合，那么這個點也與偶數(shù)條線相連；如果起點和終點是不同的兩個點，那么這兩個點部是與奇數(shù)條線相連的點。綜上所述，一筆畫出的圖形中的各點或者都是與偶數(shù)條線相連的點，或者其中只有兩個點與奇數(shù)條線相連。圖2中的A點與5條線相連結(jié)，B、C、D各點各與3條線相連結(jié)，圖中有4個與奇數(shù)條線相連的點，所以不論是否要求起點與終點重合，都不能一筆畫出這個圖形。歐拉定理： 如果一個圖是連通的并且奇頂點的個數(shù)等于0或2，那么它可以一筆畫出；否則它不可以一筆畫出。一筆畫：凡是由偶點組成的連通圖，一定可以一筆畫成。畫時可以把任一偶點為起點，最后一定能以這個點為終點畫完此圖。 凡是只有兩個奇點的連通圖（其余都為偶點），一定可以一筆畫成。畫時必須把一個奇點為起點，另一個奇點終點。 其他情況的圖都不能一筆畫出。(奇點數(shù)除以二便可算出此圖需幾筆畫成。)練習(xí)：你能筆尖不離紙，一筆畫出下面的每個圖形嗎？試試看。（不走重復(fù)線路）圖例1圖例2圖例3圖例4第二節(jié) 四色問題人人都熟悉地圖，可是繪制一張普通的政區(qū)圖，至少需要幾種顏色，才能把相鄰的政區(qū)或區(qū)域通過不同的顏色區(qū)分開來，就未必是一個簡單的問題了。 這個地圖著色問題，是一個著名的數(shù)學(xué)難題。大家不妨用一張中國政區(qū)圖來試一試，無論從哪里開始著色，至少都要用上四種顏色，才能把所有省份都區(qū)別開來。所以，很早的時候就有數(shù)學(xué)家猜想：“任何地圖的著色，只需四種顏色就足夠了?！边@就是“四色問題”這個名稱的由來。 四色問題又稱四色猜想，是世界近代三大數(shù)學(xué)難題之一。 四色問題的內(nèi)容是：“任何一張地圖只用四種顏色就能使具有共同邊界的國家著上不同的顏色?！庇脭?shù)學(xué)語言表示，即“將平面任意地細分為不相重迭的區(qū)域，每一個區(qū)域總可以用1，2，3，4這四個數(shù)字之一來標記，而不會使相鄰的兩個區(qū)域得到相同的數(shù)字。”（上右圖）。這里所指的相鄰區(qū)域，是指有一整段邊界是公共的。如果兩個區(qū)域只相遇于一點或有限多點，就不叫相鄰的。因為用相同的顏色給它們著色不會引起混淆。數(shù)學(xué)史上正式提出“四色問題”的時間是在1852年。當(dāng)時倫敦的大學(xué)的一名學(xué)生法朗西斯向他的老師、著名數(shù)學(xué)家、倫敦大學(xué)數(shù)學(xué)教授莫根提出了這個問題，可是莫根無法解答，求助于其它數(shù)學(xué)家，也沒有得到答案。于是從那時起，這個問題便成為數(shù)學(xué)界的一個“懸案”。一直到二十年前的1976年9月，美國數(shù)學(xué)會通告正式宣布了一件震撼全球數(shù)學(xué)界的消息：美國伊利諾斯大學(xué)的兩位教授阿貝爾和哈根，利用電子計算機證明了“四色問題”這個猜想是完全正確的！他們將普通地圖的四色問題轉(zhuǎn)化為2000個特殊圖的四色問題，然后在電子計算機上計算了足足1200個小時，作了100億判斷，最后成功地證明了四色問題，轟動了世界。這是一百多年來吸引許多數(shù)學(xué)家與數(shù)學(xué)愛好者的大事，當(dāng)兩位數(shù)學(xué)家將他們的研究成果發(fā)表的時候，當(dāng)?shù)氐泥]局在當(dāng)天發(fā)出的所有郵件上都加蓋了“四色足夠”的特制郵戳，以慶祝這一難題獲得解決。第三節(jié) 麥比烏斯帶數(shù)學(xué)上流傳著這樣一個故事：有人曾提出，先用一張長方形的紙條，首尾相粘，做成一個紙圈，然后只允許用一種顏色，在紙圈上的一面涂抹，最后把整個紙圈全部抹成一種顏色，不留下任何空白。這個紙圈應(yīng)該怎樣粘？如果是紙條的首尾相粘做成的紙圈有兩個面，勢必要涂完一個面再重新涂另一個面，不符合涂抹的要求，能不能做成只有一個面、一條封閉曲線做邊界的紙圈兒呢？對于這樣一個看來十分簡單的問題，數(shù)百年間，曾有許多科學(xué)家進行了認真研究，結(jié)果都沒有成功。后來，德國的數(shù)學(xué)家麥比烏斯對此發(fā)生了濃厚興趣，他長時間專心思索、試驗，也毫無結(jié)果。 有一天，他被這個問題弄得頭昏腦漲了，便到野外去散步。新鮮的空氣，清涼的風(fēng)，使他頓時感到輕松舒適，但他頭腦里仍然只有那個尚未找到的圈兒。 一片片肥大的玉米葉子，在他眼里變成了“綠色的紙條兒”，他不由自主地蹲下去，擺弄著、觀察著。葉子彎曲著聳拉下來，有許多扭成半圓形的，他隨便撕下一片，順著葉子自然扭的方向?qū)映梢粋€圓圈兒，他驚喜地發(fā)現(xiàn)，這“綠色的圓圈兒”就是他夢寐以求的那種圓圈。 麥比烏斯回到辦公室，裁出紙條，把紙的一端扭轉(zhuǎn)180，再將一端的正面和背面粘在一起，這樣就做成了只有一個面的紙圈兒。 圓圈做成后，麥比烏斯捉了一只小甲蟲，放在上面讓它爬。結(jié)果，小甲蟲不翻越任何邊界就爬遍了圓圈兒的所有部分。麥比烏斯激動地說：“公正的小甲蟲，你無可辯駁地證明了這個圈兒只有一個面?！?麥比烏斯圈就這樣被發(fā)現(xiàn)了。 做幾個簡單的實驗，就會發(fā)現(xiàn)“麥比烏斯圈”有許多讓我們感到驚奇而有趣的結(jié)果。弄好一個圈,粘好,繞一圈后可以發(fā)現(xiàn),另一個面的入口被堵住了,原理就是這樣啊. 實驗一如果在裁好的一張紙條正中間畫一條線，粘成“麥比烏斯圈”，再沿線剪開，把這個圈一分為二，照理應(yīng)得到兩個圈兒，奇怪的是，剪開后竟是一個大圈兒。 實驗二如果在紙條上劃兩條線，把紙條三等分，再粘成“麥比烏斯圈”，用剪刀沿畫線剪開，剪刀繞兩個圈竟然又回到原出發(fā)點，猜一猜，剪開后的結(jié)果是什么，是一個大圈？還是三個圈兒？都不是。它究竟是什么呢？你自己動手做這個實驗就知道了。你就會驚奇地發(fā)現(xiàn)，紙帶不一分為二，一大一小的相扣環(huán)。 有趣的是：新得到的這個較長的紙圈，本身卻是一個雙側(cè)曲面，它的兩條邊界自身雖不打結(jié)，但卻相互套在一起。我們可以把上述紙圈，再一次沿中線剪開，這回可真的一分為二了！得到的是兩條互相套著的紙圈，而原先的兩條邊界，則分別包含于兩條紙圈之中，只是每條紙圈本身并不打結(jié)罷了。 奇妙之處有三：一、麥比烏斯環(huán)只存在一個面。 二、如果沿著麥比烏斯環(huán)的中間剪開，將會形成一個比原來的麥比烏斯環(huán)空間大一倍的、具有正反兩個面的環(huán)（在本文中將之編號為：環(huán)0），而不是形成兩個麥比烏斯環(huán)或兩個其它形式的環(huán)。 三、如果再沿著環(huán)0的中間剪開，將會形成兩個與環(huán)0空間一樣的、具有正反兩個面的環(huán)，且這兩個環(huán)是相互套在一起的（在本文中將之編號為：環(huán)1和環(huán)2），從此以后再沿著環(huán)1和環(huán)2以及因沿著環(huán)1和環(huán)2中間剪開所生成的所有環(huán)的中間剪開，都將會形成兩個與環(huán)0空間一樣的、具有正反兩個面的環(huán)，永無止境且所生成的所有的環(huán)都將套在一起，永遠無法分開、永遠也不可能與其它的環(huán)不發(fā)生聯(lián)系而獨立存在。 數(shù)學(xué)中有一個重要分支叫拓撲學(xué)，主要是研究幾何圖形連續(xù)改變形狀時的一些特征和規(guī)律的，麥比烏斯圈變成了拓撲學(xué)中最有趣的單側(cè)面問題之一。麥比烏斯圈的概念被廣泛地應(yīng)用到了建筑，藝術(shù)，工業(yè)生產(chǎn)中。運用麥比烏斯圈原理我們可以建造立交橋和道路，避免車輛行人的擁堵。 一、1979年，美國著名輪胎公司百路馳創(chuàng)造性地把傳送帶制成麥比烏斯圈形狀，這樣一來，整條傳送帶環(huán)面各處均勻地承受磨損，避免了普通傳送帶單面受損的情況，使得其壽命延長了整整一倍。 二、針式打印機靠打印針擊打色帶在紙上留下一個一個的墨點，為充分利用色帶的全部表面，色帶也常被設(shè)計成麥比烏斯圈。三、在美國匹茲堡著名肯尼森林游樂園里，就有一部“加強版”的云霄飛車它的軌道是一個麥比烏斯圈。乘客在軌道的兩面上飛馳。 四、麥比烏斯圈循環(huán)往復(fù)的幾何特征，蘊含著永恒、無限的意義，因此常被用于各類標志設(shè)計。微處理器廠商Power Architecture的商標就是一條麥比烏斯圈，甚至垃圾回收標志也是由麥比烏斯圈變化而來。垃圾回收標志 Power Architecture 標志第四節(jié) 分割圖形分割圖形是使我們的頭腦靈活，增強觀察能力的一種有趣的游戲。我們先來看一個簡單的分割圖形的題目分割正方形。在正方形內(nèi)用4條線段作“井”字形分割，可以把正方形分成大小相等的9塊，這種圖形我們常稱為九宮格。 用4條線段還可以把一個正方形分成10塊，只是和九宮格不同的是，每塊的大小不一定都相等。那么，怎樣才能用4條線段把正方形分成10塊呢？請你先動腦筋想想，在動腦的同時還要動手畫一畫其實，正方形是不難分割成10塊的，下面就是其中兩種分割方法。練習(xí)：想一想，用4條線段能將正方形分成11塊嗎？應(yīng)該怎樣分？第五節(jié) 數(shù)學(xué)故事（1）奇特的墓志銘在大數(shù)學(xué)家阿基米德的墓碑上，鐫刻著一個有趣的幾 何圖形：一個圓球鑲嵌在一個圓柱內(nèi)。相傳，它是阿基米 德生前最為欣賞的一個定理。 在數(shù)學(xué)家魯?shù)婪虻哪贡?，則鐫刻著圓周率的35位 數(shù)值。這個數(shù)值被叫做?！濒?shù)婪驍?shù)”。它是魯?shù)婪虍吷难?的結(jié)晶。大數(shù)學(xué)家高斯曾經(jīng)表示，在他去世以后，希望人們在他 的墓碑上刻上一個正17邊形。因為他是在完成了正17邊形 的尺規(guī)作圖后，才決定獻身于數(shù)學(xué)研究的 不過，最奇特的墓志銘，卻是屬于古希臘數(shù)學(xué)家丟番 圖的。他的墓碑上刻著一道謎語般的數(shù)學(xué)題： “過路人，這座石墓里安葬著丟番圖。他生命的16 是幸福的童年，生命的112是青少年時期。又過了生命 的 1 7他才結(jié)婚。婚后 5年有了一個孩子，孩子活到他 父親一半的年紀便死去了。孩子死后，丟番圖在深深的悲 哀中又活了4年，也結(jié)束了塵世生涯。過路人，你知道丟 番圖的年紀嗎？” 丟番圖的年紀究竟有多大呢？ 設(shè)他活了X歲，依題意可列出方程。這樣，要知道丟番圖的年紀，只要解出這個方程就行了。這段墓志銘寫得太妙了。誰想知道丟番圖的年紀，誰 就得解一個一元一次方程；而這又正好提醒前來瞻仰的人 們，不要忘記了丟番圖獻身的事業(yè)。在丟番圖之前，古希臘數(shù)學(xué)家習(xí)慣用幾何的觀點看待 遇到的所有數(shù)學(xué)問題，而丟番圖則不然，他是古希臘第一 個大代數(shù)學(xué)家，喜歡用代數(shù)的方法來解決問題?，F(xiàn)代解方程的基本步驟，如移項、合并同類項、，方程兩邊乘以同一因子等等，丟番圖都已知道了。他尤其擅長解答不定方 程，發(fā)明了許多巧妙的方法，被西方數(shù)學(xué)家譽為這門數(shù)學(xué) 分支的開山鼻祖。丟番圖也是古希臘最后一個大數(shù)學(xué)家。遺憾的是，關(guān) 于他的生平。后人幾乎一無所知，既不知道他生于何地， 也不知道他卒于何時。幸虧有了這段奇特的墓志銘，才知 道他曾享有84歲的高齡。 （2）希臘十字架問題圖上那只巨大的復(fù)活節(jié)彩蛋上有一個希臘十字架，從它引發(fā)出許多切割問題，下面是其中的三個。(a)將十字架圖形分成四塊，用它們拼成一個正方形; 有無限多種辦法把一個希臘十字架分成四塊，再把它們拼成一個正方形，下圖給出了其中的一個解法。 奇妙的是，任何兩條切割直線，只要與圖上的直線分別平行，也可取得同樣的結(jié)果，分成的四塊東西總是能拼出一個正方形。 (b)將十字架圖形分成三塊，用它們拼成一個菱形;(c)將十字架圖形分成三塊，用它們拼成一個矩形，要求其 長是寬的兩倍。 第二章 最完美的數(shù)完美數(shù)又稱為完全數(shù),最初是由畢達哥拉斯(Pythagoras)的信徒發(fā)現(xiàn)的,他們注意到:數(shù)6有一個特性,它等于它自己的因子(不包括它自身)的和: 6=1+2+3,下一個具有同樣性質(zhì)的數(shù)是28, 28=1+2+4+7+14 接著是496和8128.他們稱這類數(shù)為完美數(shù).歐幾里德在大約公元前350-300年間證明了:若2n-1是素數(shù),則數(shù)2n-12n-1 (1) 是完全數(shù).兩千年后,歐拉證明每個偶完全數(shù)都具有這種形式.這就在完全數(shù)與梅森數(shù)(形式為的素數(shù))之間建立了緊密的聯(lián)系,到1999年6月1日為止,共發(fā)現(xiàn)了38個梅森素數(shù),這就是說已發(fā)現(xiàn)了38個完全數(shù). 1：完全數(shù)是非常奇特的數(shù),它們有一些特殊性質(zhì),例如每個完全數(shù)都是三角形數(shù),即都能寫成n(n+1)/2.6=1+2+3=3*4/228=1+2=3+4+5+6+7=7*8/2 496=1+2+3+4+.+31=31*32/2. 2n-1(2n-1)=1+2+3+.+(2n-1)=(2n-1)2n/22：把它們(6除外)的各位數(shù)字相加,直到變成一位數(shù),那么這個一位數(shù)一定是1;它們都是連續(xù)奇數(shù)的立方和(6除外),22(23-1)=28=13+33 24(25-1)=496=13+33+53+73 26(27-1)=8128=13+33+53+73+93+113+133+153 . 2n-1(2n-1)=13+33+53+.+(2(n+1)/2-1)33：除了因子1之外,每個完全數(shù)的所有因子(包括自身)的倒數(shù)和等于1,比如:1/2+1/3+1/6=1 1/2+1/4+1/7+1/14+1/28=1 .4：完全數(shù)都是以6或8結(jié)尾的,如果以8結(jié)尾,那么就肯定是以28結(jié)尾.注意以上談到的完全數(shù)都是偶完全數(shù),至今仍然不知道有沒有奇完全數(shù),如果真的存在奇完全數(shù).第三章 有理數(shù)的巧算有理數(shù)運算是中學(xué)數(shù)學(xué)中一切運算的基礎(chǔ)它要求同學(xué)們在理解有理數(shù)的有關(guān)概念、法則的基礎(chǔ)上，能根據(jù)法則、公式等正確、迅速地進行運算不僅如此，還要善于根據(jù)題目條件，將推理與計算相結(jié)合，靈活巧妙地選擇合理的簡捷的算法解決問題，從而提高運算能力，發(fā)展思維的敏捷性與靈活性1括號的使用 在代數(shù)運算中，可以根據(jù)運算法則和運算律，去掉或者添上括號，以此來改變運算的次序，使復(fù)雜的問題變得較簡單例1 計算：分析 中學(xué)數(shù)學(xué)中，由于負數(shù)的引入，符號“+”與“-”具有了雙重涵義，它既是表示加法與減法的運算符號，也是表示正數(shù)與負數(shù)的性質(zhì)符號因此進行有理數(shù)運算時，一定要正確運用有理數(shù)的運算法則，尤其是要注意去括號時符號的變化注意 在本例中的乘除運算中，常常把小數(shù)變成分數(shù)，把帶分數(shù)變成假分數(shù)，這樣便于計算例2 計算下式的值：211555+445789+555789+211445分析 直接計算很麻煩，根據(jù)運算規(guī)則，添加括號改變運算次序，可使計算簡單本題可將第一、第四項和第二、第三項分別結(jié)合起來計算解 原式=(211555+211445)+(445789+555789) =211(555+445)+(445+555)789 =2111000+1000789 =1000(211+789) =1 000 000說明 加括號的一般思想方法是“分組求和”，它是有理數(shù)巧算中的常用技巧例3 在數(shù)1，2，3，1998前添符號“+”和“-”，并依次運算，所得可能的最小非負數(shù)是多少？分析與解 因為若干個整數(shù)和的奇偶性，只與奇數(shù)的個數(shù)有關(guān)，所以在1，2，3，1998之前任意添加符號“+”或“-”，不會改變和的奇偶性在1，2，3，1998中有19982個奇數(shù)，即有999個奇數(shù)，所以任意添加符號“+”或“-”之后，所得的代數(shù)和總為奇數(shù)，故最小非負數(shù)不小于1現(xiàn)考慮在自然數(shù)n，n+1，n+2，n+3之間添加符號“+”或“-”，顯然n-(n+1)-(n+2)+(n+3)=0這啟發(fā)我們將1，2，3，1998每連續(xù)四個數(shù)分為一組，再按上述規(guī)則添加符號，即(1-2-3+4)+(5-6-7+8)+(1993-1994-1995+1996)-1997+1998=1所以，所求最小非負數(shù)是1說明 本例中，添括號是為了造出一系列的“零”，這種方法可使計算大大簡化2用字母表示數(shù)我們先來計算(100+2)(100-2)的值：(100+2)(100-2)=100100-2100+2100-4=1002-22這是一個對具體數(shù)的運算，若用字母a代換100，用字母b代換2，上述運算過程變?yōu)?a+b)(a-b)=a2-ab+ab-b2=a2-b2于是我們得到了一個重要的計算公式(a+b)(a-b)=a2-b2， 這個公式叫平方差公式，以后應(yīng)用這個公式計算時，不必重復(fù)公式的證明過程，可直接利用該公式計算例4 計算 30012999的值解 30012999=(3000+1)(3000-1)=30002-12=8 999 999例5 計算 1039710 009的值解 原式=(100+3)(100-3)(10000+9)=(1002-9)(1002+9)=1004-92=99 999 919例6 計算：分析與解 直接計算繁仔細觀察，發(fā)現(xiàn)分母中涉及到三個連續(xù)整數(shù)：12 345，12 346，12 347可設(shè)字母n=12 346，那么12 345=n-1，12 347=n+1，于是分母變?yōu)閚2-(n-1)(n+1)應(yīng)用平方差公式化簡得n2-(n2-12)=n2-n2+1=1，即原式分母的值是1，所以原式=24 690例7 計算：(2+1)(22+1)(24+1)(28+1)(216+1)(232+1)分析 式子中2，22，24，每一個數(shù)都是前一個數(shù)的平方，若在(2+1)前面有一個(2-1)，就可以連續(xù)遞進地運用(a+b)(a-b)=a2-b2了解 原式=(2-1)(2+1)(22+1)(24+1)(28+1)(216+1)(232+1) =(22-1)(22+1)(24+1)(28+1)(216+1)(232+1) =(24-1)(24+1)(28+1)(216+1)(232+1)= =(232-1)(232+1) =264-1例8 計算：分析 在前面的例題中，應(yīng)用過公式(a+b)(a-b)=a2-b2這個公式也可以反著使用，即a2-b2=(a+b)(a-b)本題就是一個例子 通過以上例題可以看到，用字母表示數(shù)給我們的計算帶來很大的益處下面再看一個例題，從中可以看到用字母表示一個式子，也可使計算簡化例9計算：我們用一個字母表示它以簡化計算 1 觀察算式找規(guī)律例10 某班20名學(xué)生的數(shù)學(xué)期末考試成績?nèi)缦拢堄嬎闼麄兊目偡峙c平均分87，91，94，88，93，91，89，87，92，86，90，92，88，90，91，86，89，92，95，88分析與解 若直接把20個數(shù)加起來，顯然運算量較大，粗略地估計一下，這些數(shù)均在90上下，所以可取90為基準數(shù)，大于90的數(shù)取“正”，小于90的數(shù)取“負”，考察這20個數(shù)與90的差，這樣會大大簡化運算所以總分為9020+(-3)+1+4+(-2)+3+1+(-1)+(-3)+2+(-4)+0+2+(-2)+0+1+(-4)+(-1)+2+5+(-2)=1800-1=1799，平均分為 90+(-1)20=89.95例11 計算1+3+5+7+1997+1999的值 分析 觀察發(fā)現(xiàn)：首先算式中，從第二項開始，后項減前項的差都等于2；其次算式中首末兩項之和與距首末兩項等距離的兩項之和都等于2000，于是可有如下解法解 用字母S表示所求算式，即S=1+3+5+1997+1999 再將S各項倒過來寫為S=1999+1997+1995+3+1 將，兩式左右分別相加，得2S=(1+1999)+(3+1997)+(1997+3)+(1999+1)=2000+2000+2000+2000(1000個2000)=20001000從而有 S=1000 000說明 一般地，一列數(shù)，如果從第二項開始，后項減前項的差都相等(本題3-1=5-3=7-5=1999-1997，都等于2)，那么，這列數(shù)的求和問題，都可以用上例中的“倒寫相加”的方法解決例13 計算 1+5+52+53+599+5100的值分析 觀察發(fā)現(xiàn)，上式從第二項起，每一項都是它前面一項的5倍如果將和式各項都乘以5，所得新和式中除個別項外，其余與原和式中的項相同，于是兩式相減將使差易于計算解 設(shè)S=1+5+52+599+5100， 所以5S=5+52+53+5100+5101 得4S=5101-1，說明 如果一列數(shù)，從第二項起每一項與前一項之比都相等(本例中是都等于5)，那么這列數(shù)的求和問題，均可用上述“錯位相減”法來解決例14 計算：分析 一般情況下，分數(shù)計算是先通分本題通分計算將很繁，所以我們不但不通分，反而利用如下一個關(guān)系式來把每一項拆成兩項之差，然后再計算，這種方法叫做拆項法 解 由于所以說明 本例使用拆項法的目的是使總和中出現(xiàn)一些可以相消的相反數(shù)的項，這種方法在有理數(shù)巧算中很常用練習(xí)1計算下列各式的值：(1)-1+3-5+7-9+11-1997+1999；(2)11+12-13-14+15+16-17-18+99+100；(3)19911999-19902000；(4)4726342+472 6352-472 633472 635-472 634472 636； (6)1+4+7+244； 2某小組20名同學(xué)的數(shù)學(xué)測驗成績?nèi)缦?，試計算他們的平均?1，72，77，83，73，85，92，84，75，63，76，97，80，90，76，91，86，78，74，85第四章歸納與發(fā)現(xiàn)歸納的方法是認識事物內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律性的一種重要思考方法，也是數(shù)學(xué)中發(fā)現(xiàn)命題與發(fā)現(xiàn)解題思路的一種重要手段這里的歸納指的是常用的經(jīng)驗歸納，也就是在求解數(shù)學(xué)問題時，首先從簡單的特殊情況的觀察入手，取得一些局部的經(jīng)驗結(jié)果，然后以這些經(jīng)驗作基礎(chǔ)，分析概括這些經(jīng)驗的共同特征，從而發(fā)現(xiàn)解題的一般途徑或新的命題的思考方法下面舉幾個例題，以見一般 例1 如圖2-99，有一個六邊形點陣，它的中心是一個點，算作第一層；第二層每邊有兩個點(相鄰兩邊公用一個點)；第三層每邊有三個點，這個六邊形點陣共有n層，試問第n層有多少個點？這個點陣共有多少個點？分析與解 我們來觀察點陣中各層點數(shù)的規(guī)律，然后歸納出點陣共有的點數(shù) 第一層有點數(shù)：1；第二層有點數(shù)：16；第三層有點數(shù)：26；第四層有點數(shù)：36；第n層有點數(shù)：(n-1)6.因此，這個點陣的第n層有點(n-1)6個n層共有點數(shù)為例2 在平面上有過同一點P，并且半徑相等的n個圓，其中任何兩個圓都有兩個交點，任何三個圓除P點外無其他公共點，那么試問：(1)這n個圓把平面劃分成多少個平面區(qū)域？(2)這n個圓共有多少個交點？分析與解 (1)在圖2-100中，設(shè)以P點為公共點的圓有1，2，3，4，5個(取這n個特定的圓)，觀察平面被它們所分割成的平面區(qū)域有多少個？為此，我們列出表181由表181易知S2-S1=2，S3-S23，S4-S34，S5-S45，由此，不難推測Sn-Sn-1n把上面(n-1)個等式左、右兩邊分別相加，就得到Sn-S1234n，因為S1=2，所以下面對Sn-Sn-1=n，即Sn=Sn-1n的正確性略作說明因為Sn-1為n-1個圓把平面劃分的區(qū)域數(shù)，當(dāng)再加上一個圓，即當(dāng)n個圓過定點P時，這個加上去的圓必與前n-1個圓相交，所以這個圓就被前n-1個圓分成n部分，加在Sn-1上，所以有Sn=Sn-1n(2)與(1)一樣，同樣用觀察、歸納、發(fā)現(xiàn)的方法來解決為此，可列出表182由表182容易發(fā)現(xiàn)a11，a2-a11，a3-a22，a4-a33，a5-a44，an-1-an-2n-2，an-an-1n-1n個式子相加注意 請讀者說明an=an-1(n-1)的正確性例3 設(shè)a，b，c表示三角形三邊的長，它們都是自然數(shù)，其中abc，如果 b=n(n是自然數(shù))，試問這樣的三角形有多少個？分析與解 我們先來研究一些特殊情況：(1)設(shè)b=n=1，這時b=1，因為abc，所以a=1，c可取1，2，3，若c=1，則得到一個三邊都為1的等邊三角形；若c2，由于ab=2，那么ab不大于第三邊c，這時不可能由a，b，c構(gòu)成三角形，可見，當(dāng)b=n=1時，滿足條件的三角形只有一個(2)設(shè)b=n=2，類似地可以列舉各種情況如表183這時滿足條件的三角形總數(shù)為：1+2=3(3)設(shè)b=n=3，類似地可得表184這時滿足條件的三角形總數(shù)為：123=6通過上面這些特例不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)b=n時，滿足條件的三角形總數(shù)為：這個猜想是正確的因為當(dāng)b=n時，a可取n個值(1，2，3，n)，對應(yīng)于a的每個值，不妨設(shè)a=k(1kn)由于bcab，即ncnk，所以c可能取的值恰好有k個(n，n1，n2，nk-1)所以，當(dāng)b=n時，滿足條件的三角形總數(shù)為：例4 設(shè)123n縮寫為n！(稱作n的階乘)，試化簡：1！12！23！3n！n. 分析與解 先觀察特殊情況：(1)當(dāng)n=1時，原式=1=(11)！-1；(2)當(dāng)n=2時，原式=5=(21)！-1；(3)當(dāng)n=3時，原式=23=(31)！-1；(4)當(dāng)n=4時，原式=119=(41)！-1由此做出一般歸納猜想：原式=(n+1)！-1. 下面我們證明這個猜想的正確性1+原式=1+(1！12！23！3+n！n)=1！22！23！3+n！n=2！+2！23！3+n！n=2！3+3！3+n！n=3！+3！3+n！n=n！+n！n=(n1)！，所以原式=(n+1)！-1. 例5 設(shè)x0，試比較代數(shù)式x3和x2+x+2的值的大小分析與解 本題直接觀察，不好做出歸納猜想，因此可設(shè)x等于某些特殊值，代入兩式中做試驗比較，或許能啟發(fā)我們發(fā)現(xiàn)解題思路為此，設(shè)x=0，顯然有x3x2+x+2設(shè)x=10，則有x3=1000，x2+x2=112，所以x3x2+x+2設(shè)x=100，則有x3x2+x+2觀察、比較，兩式的條件和結(jié)論，可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)x值較小時，x3x2+x+2；當(dāng)x值較大時，x3x2+x+2那么自然會想到：當(dāng)x=？時，x3=x2+x+2呢？如果這個方程得解，則它很可能就是本題得解的“臨界點”為此，設(shè)x3=x2x2，則x3-x2-x-20，(x3-x2-2x)(x-2)=0，(x-2)(x2+x+1)=0因為x0，所以x2+x+10，所以x-2=0，所以x=2這樣(1)當(dāng)x=2時，x3=x2+x+2；(2)當(dāng)0x2時，因為x-20，x2+x+20，所以 (x-2)(x2x+2)0，即x3-(x2x+2)0，所以 x3x2x2. (3)當(dāng)x2時，因為x-20，x2+x+20，所以 (x-2)(x2+x+2)0，即x3-(x2x2)0，所以 x3x2x2綜合歸納(1)，(2)，(3)，就得到本題的解答練習(xí)七1試證明例7中：2平面上有n條直線，其中沒有兩條直線互相平行(即每兩條直線都相交)，也沒有三條或三條以上的直線通過同一點試求：(1)這n條直線共有多少個交點？(2)這n條直線把平面分割為多少塊區(qū)域？然后做出證明.)3求適合x5=656356768的整數(shù)x(提示：顯然x不易直接求出，但可注意其取值范圍：505656356768605，所以502x602)第五章生活中的數(shù)學(xué)（儲蓄、保險與納稅）儲蓄、保險、納稅是最常見的有關(guān)理財方面的數(shù)學(xué)問題，幾乎人人都會遇到，因此，我們在這一講舉例介紹有關(guān)這方面的知識，以增強理財?shù)淖晕冶Ｗo意識和處理簡單財務(wù)問題的數(shù)學(xué)能力 1儲蓄銀行對存款人付給利息，這叫儲蓄存入的錢叫本金一定存期(年、月或日)內(nèi)的利息對本金的比叫利率本金加上利息叫本利和利息=本金利率存期，本利和=本金(1+利率經(jīng)存期)如果用p，r，n，i，s分別表示本金、利率、存期、利息與本利和，那么有i=prn，s=p(1+rn)例1 設(shè)年利率為0.0171，某人存入銀行2000元，3年后得到利息多少元？本利和為多少元？解 i=20000.01713=102.6(元)s=2000(1+0.01713)=2102.6(元)答 某人得到利息102.6元，本利和為2102.6元以上計算利息的方法叫單利法，單利法的特點是無論存款多少年，利息都不加入本金相對地，如果存款年限較長，約定在每年的某月把利息加入本金，這就是復(fù)利法，即利息再生利息目前我國銀行存款多數(shù)實行的是單利法不過規(guī)定存款的年限越長利率也越高例如，1998年3月我國銀行公布的定期儲蓄人民幣的年利率如表221所示用復(fù)利法計算本利和，如果設(shè)本金是p元，年利率是r,存期是n年，那么若第1年到第n年的本利和分別是s1，s2,，sn，則s1=p(1+r)，s2=s1(1+r)=p(1+r)(1+r)=p(1+r)2，s3s2(1+r)=p(1+r)2(1+r)=p(1+r)3，sn=p(1+r)n例2 小李有20000元，想存入銀行儲蓄5年，可有幾種儲蓄方案，哪種方案獲利最多？解 按表221的利率計算(1)連續(xù)存五個1年期，則5年期滿的本利和為20000(1+0.0522)525794(元)(2)先存一個2年期，再連續(xù)存三個1年期，則5年后本利和為20000(1+0.05582)(1+0.0522)325898(元)(3)先連續(xù)存二個2年期，再存一個1年期，則5年后本利和為20000(1+0.05582)2(1+0.0552)26003(元)(4)先存一個3年期，再轉(zhuǎn)存一個2年期，則5年后的本利和為20000(10.06213)(1+0.05582)26374(元)(5)先存一個3年期，然后再連續(xù)存二個1年期，則5年后本利和為20000(1+0.06213)(1+0.0522)226268(元)(6)存一個5年期，則到期后本利和為20000(1+0.06665)26660(元)顯然，第六種方案，獲利最多，可見國家所規(guī)定的年利率已經(jīng)充分考慮了你可能選擇的存款方案，利率是合理的2保險保險是現(xiàn)代社會必不可少的一種生活、生命和財產(chǎn)保護的金融事業(yè)例如，火災(zāi)保險就是由于火災(zāi)所引起損失的保險，人壽保險是由于人身意外傷害或養(yǎng)老的保險，等等下面舉兩個簡單的實例例3 假設(shè)一個小城鎮(zhèn)過去10年中，發(fā)生火災(zāi)情況如表222所示試問：(1)設(shè)想平均每年在1000家中燒掉幾家？(2)如果保戶投保30萬元的火災(zāi)保險，最低限度要交多少保險費保險公司才不虧本？解 (1)因為1+0+1+2+0+2+1+2+0+2=11(家)，365+371+385+395+412+418+430+435+440445=4096(家)1140960.0026(2)3000000.0026=780(元)答(1)每年在1000家中，大約燒掉2.6家(2)投保30萬元的保險費，至少需交780元的保險費例4 財產(chǎn)保險是常見的保險假定A種財產(chǎn)保險是每投保1000元財產(chǎn)，要交3元保險費，保險期為1年，期滿后不退保險費，續(xù)保需重新交費B種財產(chǎn)保險是按儲蓄方式，每1000元財產(chǎn)保險交儲蓄金25元，保險一年期滿后不論是否得到賠款均全額退還儲蓄金，以利息作為保險費今有兄弟二人，哥哥投保8萬元A種保險一年，弟弟投保8萬元B種保險一年試問兄弟二人誰投的保險更合算些？(假定定期存款1年期利率為5.22)解 哥哥投保8萬元A種財產(chǎn)保險，需交保險費8000010003=803=240(元)弟弟投保8萬元B種財產(chǎn)保險，按每1000元交25元保險儲蓄金算，共交80000100025=2000(元)，而2000元一年的利息為20000.0522=104.4(元)兄弟二人相比較，弟