情境一、財主兒子學寫字的笑話、“小明弟兄三個,大哥叫大毛……”的腦筋急轉(zhuǎn)彎等;
教師總結(jié):財主的兒子很傻很天真,但他懂一樣思想方法,是什么? 以上都是由特殊情況歸納出一般情況的方法---歸納法,這就是今天的課題. 人們通常也會用歸納法思考問題,小孩也會由此總結(jié)出什么年齡人該叫爺爺,什么年齡人叫阿姨,叫哥哥或姐姐.
情境二:華羅庚的“摸球?qū)嶒灐?br />1、這里有一袋球共12個,我們要判斷這一袋球是白球,還是黑球,請問怎么判斷?
啟發(fā)回答:
方法一:把它全部倒出來看一看.特點:方法是正確的,但操作上缺乏順序性.
方法二:一個一個拿,拿一個看一個.
比如結(jié)果為:第一個白球,第二個白球,第三個白球,……,第十二個白球,由此得到:這一袋球都是白球.特點:有順序,有過程.
2、如果想象袋子有足夠大容量,球也無限多?要判斷這一袋球是白球,還是黑球,上述方法可行嗎?
情境三: 回顧等差數(shù)列 通項公式推導過程:
設(shè)計意圖:首先設(shè)計情境一,分析情境,自然引出課題----歸納法,談笑間進入正題.再通過情境二的交流激發(fā)學生的興趣,調(diào)動學生學習的積極性.情境三點出兩種歸納法的不同特點.通過梳理我們熟悉的一些問題,很自然為本節(jié)課主題與重點引出打下伏筆.
二、師生互動,探究問題
承上啟下:以上問題的思考和解決,用的都是歸納法.什么是歸納法? 歸納法特點是什么?上述歸納法有什么不同呢?
學生回答以上問題,得出結(jié)論:
1. 歸納法:由一些特殊事例推出一般結(jié)論的推理方法. 特點:由特殊→一般;
2. 完全歸納法: 把研究對象一一都考查到了而推出結(jié)論的歸納法稱為完全歸納法;
3. 不完全歸納法: 根據(jù)事物的部分(而不是全部)特例得出一般結(jié)論的推理方法.
在生活和生產(chǎn)實際中,歸納法有著廣泛的應(yīng)用.例如氣象工作者、水文工作者,地震工作者依據(jù)積累的歷史資料作氣象預測,水文預報,地震預測用的就是歸納法.
4. 引導學生舉例:
⑴不完全歸納法實例:如歐拉發(fā)現(xiàn)立體圖形的歐拉公式: (V為頂點數(shù),E為棱數(shù),F為面數(shù))
⑵ 完全歸納法實例: 如證明圓周角定理時,分圓心在圓周角內(nèi)部、外部及一邊上三種情況討論.
設(shè)計意圖:從生活走向數(shù)學,與學生一起回顧以前學過的數(shù)學知識,并在這里我安排學生舉完全歸納法的實例和不完全歸納法實例,進一步體會歸納意識,同時讓學生感受到我們以前的學習中其實早已接觸過歸納法,并引導學生積極投入到探尋論證方法過程的氛圍中.
三 、借助史料, 引申思辨
問題1: 已知 = (n∈N),
(1) 分別求 ; ; ; .
(2) 由⑴你會有怎樣的一個猜想?這個猜想正確嗎?
問題2: 費馬(Fermat)是17世紀法國著名的數(shù)學家,他是解析幾何的發(fā)明者之一,是對微積分的創(chuàng)立作出貢獻最多的人之一,是概率論的創(chuàng)始者之一,他對數(shù)論也有許多貢獻.他曾認為,當n∈N時, 一定都是質(zhì)數(shù),這是他對n=0,1,2,3,4作了驗證后得到的.后來,18世紀偉大的瑞士科學家歐拉(Euler)卻證明了 =4 294 967 297=6 700 417×641,從而否定了費馬的推測.沒想到當n=5這一結(jié)論便不成立.
教師總結(jié): 有人說,費馬為什么不再多算一個數(shù)呢?今天我們是無法回答的.但是要告訴同學們,失誤的關(guān)鍵不在于多算一個數(shù)上!
問題3 : , 當n∈N時, 是否都為質(zhì)數(shù)?
驗證: f(0)=41,f(1)=43,f(2)=47,f(3)=53,f(4)=61,f(5)=71,f(6)=83,f(7)=97,f(8)=113,f(9)=131,f(10)=151,…,f(39)=1 601.但是f(40)=1 681= ,是合數(shù).
承上啟下:這里算了39個數(shù)不算少了吧,但還是不行!我們介紹以上兩個資料,不是說世界級大師還出錯,我們有錯就可以原諒,也不是說歸納法不行,不去學了,而是要找出運用歸納法出錯的原因,并研究出對策來 , 尋求數(shù)學證明.
教師設(shè)問:,不完全歸納法為什么會出錯?如何彌補不足?怎么給出證明呢?
設(shè)計意圖:在生活引例與已學數(shù)學知識的基礎(chǔ)上,進一步引導學生看數(shù)學史料,能夠讓學生多方位多角度體會歸納法,感受使用歸納法的普遍性.同時引導學生進行思辨:在數(shù)學中運用不完全歸納法常常會得到錯誤的結(jié)論,不管是我們還是數(shù)學大師都有可能如此.那么,不完全歸納法價值體現(xiàn)在哪里?不足之處如何去彌補呢? 結(jié)論正確性怎樣給出證明?學生一定會帶著許多問題進入下一階段探究.
四、實例再現(xiàn),激發(fā)興趣
1、演示多米諾骨牌游戲視頻.
師生共同探討多米諾骨牌全部依次倒下的條件:
⑴ 第一塊要倒下;
⑵ 當前面一塊倒下時,后面一塊必須倒下;
當滿足這兩個條件后,多米諾骨牌全部都倒下.
再舉例:再舉幾則生活事例:推倒自行車, 早操排隊對齊等.
2、學生類比多米諾骨牌依順序倒下的原理,探究出證明有關(guān)正整數(shù)命題的方法(建立數(shù)學模型).
設(shè)計意圖:布魯納的發(fā)現(xiàn)學習理論認為,“有指導的發(fā)現(xiàn)學習”強調(diào)知識發(fā)生發(fā)展過程.這里通過類比多米諾骨牌過程,讓學生發(fā)現(xiàn)數(shù)學歸納法的雛形,是一種再創(chuàng)造的發(fā)現(xiàn)性學習.另外,這個環(huán)節(jié)里,我在培養(yǎng)學生大膽猜想、類比概括能力方面實踐的不夠好.應(yīng)該讓學生在類比多米諾骨牌游戲的基礎(chǔ)上說出數(shù)學歸納法原理,教師給予肯定和補充即可。事實上,情境的設(shè)計都是為學生更好的知識遷移而服務(wù)的。概括能力是思維能力的核心.魯賓斯坦指出:思維都是在概括中完成的.心理學認為“遷移就是概括”,這里知識、技能、思維方法、數(shù)學原理的遷移,突破口就是學生的概括過程.
五、類比聯(lián)想,形成概念
1、 類比多米諾骨牌過程, 證明等差數(shù)列通項公式 (師生共同完成,教師強調(diào)步驟及注意點)
(1) 當n=1時等式成立;
(2) 假設(shè)當n=k時等式成立, 即 ,
則 = , 即n=k+1時等式也成立.
于是, 我們可以下結(jié)論: 等差數(shù)列的通項公式 對任何n∈ 都成立.
2.數(shù)學歸納法原理(學生表述,教師補正):
(1)(遞推奠基):n取第一個值 (例如 )時命題成立;
(2)(遞推歸納):假設(shè)當n=k(k∈N*,且k≥n0)時結(jié)論正確;(歸納假設(shè))
利用它證明當n=k+1時結(jié)論也正確.(歸納證明)
由(1),(2)可知,命題對于從n0開始的所有正整數(shù)n都正確,這種證明方法叫做數(shù)學歸納法.
3、數(shù)學歸納法的本質(zhì):無窮的歸納→有限的演繹(遞推關(guān)系)
設(shè)計意圖:至此,由生活實例出發(fā),與學生一起解析歸納原理, 揭示遞推過程.教師強調(diào)數(shù)學歸納法特點. 數(shù)學歸納法實際上是一種以數(shù)學歸納法原理為依據(jù)的演繹推理,它將一個無窮的歸納過程轉(zhuǎn)化為一個有限步驟的演繹過程,是處理自然數(shù)有關(guān)問題的有力工具,一種具普遍性的方法.
六、討論交流,深化認識
例1、 數(shù)列 中, =1, (n∈ ), 通項公式是什么?你是怎么得到的?
探討一:觀察數(shù)列 特點,變形解出.
探討二:先計算 , , 的值,再推測通項 的公式, 最后用數(shù)學歸納法證明結(jié)論.
設(shè)計意圖:通過典型例題使學生探究嘗試,一方面體驗“觀察—歸納—猜想—證明”完整過程,既能鞏固歸納法和數(shù)學歸納法,也能使他們體驗數(shù)學方法,培養(yǎng)學生獨立研究數(shù)學問題的意識和能力.不同的方法也體現(xiàn)解決問題的靈活性.
七、反饋練習, 鞏固提高
(請兩位同學板演以下兩題,教師指正)
1、用數(shù)學歸納法證明:1+3+5+…+(2n-1)= .
2、首項是 ,公比是q的等比數(shù)列的通項公式是 .
3、用數(shù)學歸納法證明: 時,下列推證是否正確,說出理由?
證明:假設(shè) 時,等式成立
就是 成立
那么
=
這就是說當 時等式成立,
所以 時等式成立.
4、判斷下列推證是否正確,若是不對,如何改正.
求證:
證明:①當n=1時,左邊= 右邊= ,等式成立.
、谠O(shè)n=k時,有
那么,當n=k+1時,有
,即n=k+1時,命題成立
根據(jù)①②可知,對n∈N*,等式成立.
設(shè)計意圖:練習題1,2的證明難度不大,套用數(shù)學歸納法的證明步驟不難解答,通過這兩個練習能看到學生對數(shù)學歸納法證題步驟的掌握情況.這樣既可以檢驗學生的學習水平,保證不盲目拔高,同時不沖淡本節(jié)課的重點,對例題是一個很好的對比與補充.通過3,4的易錯辨析,進一步體會數(shù)學歸納法證題時的兩個步驟、一個結(jié)論,“遞推基礎(chǔ)不可少,歸納假設(shè)要用到,結(jié)論寫明莫忘掉”.
八、總結(jié)歸納,加深理解
1、本節(jié)課的中心內(nèi)容是歸納法和數(shù)學歸納法;
2、歸納法是一種由特殊到一般的推理方法,它可以分為完全歸納法和不完全歸納法兩種,枚舉法僅局限于有限個元素,而不完全歸納法得出的結(jié)論不一定具有可靠性,數(shù)學歸納法屬于完全歸納法;
3、數(shù)學歸納法作為一種證明方法,其基本思想是遞推(遞歸)思想,使用要點可概括為:兩個步驟一結(jié)論,遞推基礎(chǔ)不可少,歸納假設(shè)要用到,結(jié)論寫明莫忘掉;
4、本節(jié)課所涉及到的數(shù)學思想方法有:遞推思想、類比思想、分類思想、歸納思想、辯證思想.
九、布置作業(yè), 課外延伸
十、書面作業(yè):見教材P56
課后思考題:
1. 是否存在常數(shù)a、b、c使得等式:
對一切自然數(shù)n都成立 并證明你的結(jié)論.
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