觀察、類比、歸納、猜想、驗(yàn)證是學(xué)生獲得新知識(shí)的重要方法,也是學(xué)生應(yīng)具備的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力.因此,教學(xué)中要注意培養(yǎng)學(xué)生的這種能力,創(chuàng)設(shè)“問(wèn)題情境”,激發(fā)求知欲,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自己實(shí)踐而獲得新知識(shí),從而培養(yǎng)能力,發(fā)展智力.本文試圖通過(guò)例題來(lái)談?wù)劷虒W(xué)中如何引導(dǎo)學(xué)生自覺(jué)掌握這種方法.
一、利用歸納、猜想、發(fā)現(xiàn)新命題
例1.點(diǎn)C在線段AB上,△ACM、△CBN都是等邊三角形(如圖1).
求證:AN=BM.
若點(diǎn)C移到線段外,則仍有類似的結(jié)論.
命題1.1:銳角△ABC向外作正三角形ACM和BCN(如圖2),則AN=BM.
命題1.2:銳角△ABC向外作正方形ABDE和ACFG,則BG=CE.
根據(jù)命題1.1,1.2,我們歸納其共性,猜想若由銳角三角形向外作正五邊形,正六邊形,……正n邊形,仍有類似的結(jié)論成立.
命題1.3:銳角三角形向外作正n邊形ACCC…C,ABBB…B,則BC=CB.
二、利用觀察、猜想發(fā)現(xiàn)新命題
例2.用數(shù)學(xué)歸納法證明:
(1)1+2+3+…+n=n(n+1);
?。?)1?2+2?3+3?4+…+n(n+1)=n(n+1)(n+2);
?。?)1?2?3+2?3?4+3?4?5+…+n(n+1)(n+2)=n(n+1)(n+2)(n+3).
觀察(1)(2)(3)式的左邊分別是1個(gè),2個(gè)和3個(gè)連續(xù)自然數(shù)的積的數(shù)列的前n項(xiàng)和,右邊是從n起分別為2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)連續(xù)自然數(shù)之積再分別除以2,3,4,那么,對(duì)于4個(gè)連續(xù)自然數(shù)之積的數(shù)列,其前n項(xiàng)的和是否也具有這樣類似的結(jié)論呢?由此,我們作了如下猜想:
命題2.1:設(shè)給出數(shù)列{a},a=n(n+1)(n+2)(n+3),則此數(shù)列的前n項(xiàng)和為k(k+1)(k+2)(k+3)=n(n+1)(n+2)(n+3)(n+4),這里我們還可以更一般地猜想:
命題2.2:以p+1(p∈N)個(gè)連續(xù)自然數(shù)之積為通項(xiàng)的數(shù)列,其前n項(xiàng)和的公式:設(shè)數(shù)列{a}的通項(xiàng)公式為:a=n(n+1)(n+2)(n+3)…(n+p),其中p∈N,則數(shù)列前n項(xiàng)和是k(k+1)(k+2)(k+3)…(k+p)=n(n+1)…(n+p+1).
三、利用類比猜想發(fā)現(xiàn)新命題
例3.從橢圓+=1的中心作三條每相鄰兩條成120°角的向徑OP,OP,OP,求證:++為定值.
這里條件中“三條每相鄰成120°的向徑”與“四條每相鄰兩條成90°的向徑”類比,均為每相鄰兩條成等角向徑,從例3的啟示,“過(guò)中心的四條每相鄰成兩條成90°的向徑”是否有類似的性質(zhì)呢?由此猜想:
命題3.1:從橢圓+=1的中心作四條相鄰兩條成90°的向徑OP,OP,OP,OP,則+++為定值.
一般地作幾條向徑每相鄰兩條成等角猜想仍有類似的結(jié)論.
命題3.2:從橢圓+=1的中心作幾條每相鄰兩條成的向徑OP,OP,…OP,則++…+為定值.
四、從證法方面進(jìn)行觀察、類比、驗(yàn)證
我們通過(guò)觀察、類比、歸納發(fā)現(xiàn)的命題只不過(guò)是猜想,是否正確,還需要進(jìn)行論證.
命題1.1很容易從△BCM≌△ACN而證明,命題1.2和命題1.3方法類似.
命題2.1和命題2.2的證法,從例2得到啟示,可以用數(shù)學(xué)歸納法證得.
命題3.1的證法可先看例3的證法.
證明:設(shè)取中心O為極點(diǎn),Ox軸的正向?yàn)闃O軸,則橢圓+=1的極坐標(biāo)方程為ρ=
P的極坐標(biāo)為(ρ,θ)
則P,P分別為(ρ,θ+120°),(ρ,θ+240°)
因而OP=ρ=,OP=ρ=
OP=ρ=
∴++
=[1-ecosθ+1-ecos(θ+120°)+1-ecos(θ+240°)]
=[3-ecosθ+ecosθ-e]
=(+)=(定值)
命題3.1,3.2的證法與例3法相同,現(xiàn)將命題3.2的證法寫出如下:以橢圓+=1的中心為極點(diǎn)Ox軸的正向?yàn)闃O軸的極坐標(biāo)方程為:
ρ=且設(shè)P坐標(biāo)為(ρ,θ)那么P(ρ,θ+),P(ρ,θ+),…,P(ρ,θ+)
∴OP=ρ=,OP=ρ=,…,
OP=ρ=
∴++…+
={n-ecosθ-ecos(θ+)…-ecos[θ+]}
={n-e-e[cos2θ+cos(2θ+)
+cos(2θ+)+…+cos(2θ+360°]}
=[n-e-e×0]=(+)=(定值)
對(duì)一些習(xí)題,通過(guò)觀察、類比、歸納、猜想、驗(yàn)證,可以把問(wèn)題引向深入,縱橫聯(lián)系得到推廣,從而避免陷于“題海之中”,通過(guò)這方面的練習(xí),能達(dá)到舉一反三、觸類旁通的解題效果,真正達(dá)到提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題能力的目的.