加入圖形計(jì)算器社團(tuán)后,我嘗試用繪制多個(gè)函數(shù)圖形的方法制作出一條魚的形狀.第一幅圖繪制完成后我非常開心,因?yàn)檫@是我第一次成功用圖形計(jì)算器做出東西,但是這條魚看起來總感覺有一點(diǎn)別扭.仔細(xì)觀察后發(fā)現(xiàn),是因?yàn)槭褂昧硕喽味魏瘮?shù)的圖象,但是在連接處并不平滑,造成圖形看起來十分生硬.
問題:怎樣完美處理多條二次函數(shù)曲線端點(diǎn)處的平滑?
為了能讓圖形看起來更加流暢連貫,我想能否使用三次函數(shù)來減少函數(shù)的連接次數(shù),使函數(shù)圖象看起來更加流暢呢?因此我開始著手研究三次函數(shù).
探索1:二次函數(shù)y =ax2+bx+c乘上(x+d)得到三次函數(shù)
把二次函數(shù)f(x) =ax2 +bx +c乘以(x+d)得到三次函數(shù)g(x)=(ax2+bx+c)(x+d).我發(fā)現(xiàn)當(dāng)二次函數(shù)f(x)的△=0時(shí),三次函數(shù)g(x)一定和二次函數(shù)f(x)相交在f(x)的頂點(diǎn)處(圖1);當(dāng)二次函數(shù)f(x)的△>O時(shí),三次函數(shù)g(x)和二次函數(shù)f(x)有三個(gè)交點(diǎn),有一個(gè)是x+d =1時(shí)對應(yīng)的點(diǎn),另外兩個(gè)點(diǎn)是二次函數(shù)f(x)和x軸的交點(diǎn)(圖2);當(dāng)二次函數(shù)f(x)的△<0時(shí),三次函數(shù)g(x)和二次函數(shù)f(x)僅有一個(gè)交點(diǎn),即x+d =1時(shí)三次函數(shù)對應(yīng)的點(diǎn)(圖3).然而這些發(fā)現(xiàn),并不能完全幫助我快速地通過圖象寫出對應(yīng)的三次函數(shù).我就繼續(xù)上網(wǎng)查找有關(guān)三次函數(shù)的各類資料,
探索2:利用圖形計(jì)算器定點(diǎn)求出三次函數(shù)表達(dá)式
通過網(wǎng)絡(luò)上關(guān)于三次函數(shù)的自學(xué),發(fā)現(xiàn)三次函數(shù)是一片廣大的數(shù)學(xué)領(lǐng)域,這在我未曾接觸前,是無法想象的.它帶給了我震撼和全新的感覺,我開始認(rèn)真地學(xué)起來,了解三次函數(shù)的圖象性質(zhì)、對稱中心、盛金公式、卡爾丹公式.在看盛金公式時(shí),我看到第二步用導(dǎo)數(shù)化簡,我就琢磨導(dǎo)數(shù)又是什么.好奇心驅(qū)使下我又查了許多關(guān)于導(dǎo)數(shù)的資料,更是讓我進(jìn)入了另一片奇特的世界.經(jīng)過不斷的學(xué)習(xí)我終于對三次函數(shù)、導(dǎo)數(shù)等知識有了一定的了解.
但是具體作圖時(shí),在使用幾個(gè)點(diǎn)模擬曲線的過程中,還是遇到了不少的困難.比如俞超同學(xué)他要做蓮花需要在好幾個(gè)地方作圓,但是他用r=a作圓只能以原點(diǎn)為圓心,無法移動(dòng).這也讓我意識到魚的眼睛只能做在原點(diǎn)而不能移到其他地方去.共同的問題,可以共同解決,老師在得知這個(gè)情況后,為我們補(bǔ)講了圓的參數(shù)方程,我們才知道只要用圓的參數(shù)方程,就能把圓的圓心移到任何想要的地方去.說也奇怪,平時(shí)學(xué)新知識,總不會那么快接受和順利運(yùn)用,但這次在圖形計(jì)算器的幫助下,很快地,我們都能得心應(yīng)手地畫出需要的圖形了.我也把我遇到的問題拿去和同學(xué)交流.施同學(xué)認(rèn)真耐心地一步一步教我如何用圖形計(jì)算器的統(tǒng)計(jì)功能得出函數(shù).先在圖形中找到函數(shù)經(jīng)過的幾個(gè)點(diǎn),然后記錄下來,用統(tǒng)計(jì)中的calc功能選擇想要模擬的函數(shù)(如圖5).
學(xué)會這個(gè)以后,簡直如虎添翼,我以前十幾分鐘才能得到的函數(shù),用圖形計(jì)算器的統(tǒng)計(jì)方法,只要幾分鐘就算出來了.在不斷努力下我成功用三次函數(shù)改進(jìn)了圖形,做出來的圖形看起來果然比一開始用二次函數(shù)做的流暢許多(如圖6).
探索3:利用端點(diǎn)處兩側(cè)導(dǎo)數(shù)逼近相等處理曲線的光滑度問題
前面使用三次函數(shù)來減少函數(shù)的連接次數(shù),使函數(shù)圖象看起來更加流暢,雖然起到了一定的效果,但是并未從根本上解決多個(gè)曲線連接時(shí)端點(diǎn)處的光滑度不夠的問題.老師了解后提示我用導(dǎo)數(shù)方法來處理,就是利用端點(diǎn)處兩側(cè)導(dǎo)數(shù)逼近相等,可以讓端點(diǎn)兩側(cè)曲線的斜率分別左右逼近相等,那么在圖形上的表現(xiàn)就是光滑的.
因?yàn)樵谥谱鲌D形時(shí)經(jīng)常使用二次函數(shù),所以先從如何使二次函數(shù)連接處導(dǎo)數(shù)相等開始探究,
開始我以為這個(gè)問題很簡單,只要求導(dǎo)數(shù),再讓導(dǎo)數(shù)相等就可以,但在實(shí)際操作中,發(fā)現(xiàn)要使想要的圖形導(dǎo)數(shù)相等很困難,因?yàn)楹芸赡艹霈F(xiàn)圖形是我想要的但其連接處導(dǎo)數(shù)不相等,連接處導(dǎo)數(shù)相等的圖形卻不是我想要的情況,一開始我的思路是先使得連接點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù)相等,再以此來調(diào)整函數(shù)的圖形,可是用這個(gè)方法令導(dǎo)數(shù)相等不難,但要使圖形變成我想要的就只能硬湊,不斷調(diào)整,不僅麻煩,而且效率低,
為了尋找更簡單易行的方法,我思考能否先把想要的圖形大致求出,然后通過導(dǎo)數(shù)相等對圖形進(jìn)行微調(diào),最后達(dá)到連接處導(dǎo)數(shù)相等的目的,
在具體的操作過程中,兩個(gè)函數(shù)明顯變量過多,不易于操作,我們首先可以用圖形計(jì)算器的統(tǒng)計(jì)功能得出函數(shù).先在圖形中找到函數(shù)經(jīng)過的幾個(gè)點(diǎn),然后記錄下來,用統(tǒng)計(jì)中的calc功能選擇想要的函數(shù),圖形計(jì)算器就可以快速地算出你想要的函數(shù)表達(dá)式,這樣就可以利用圖形計(jì)算器定點(diǎn)求出二次函數(shù)表達(dá)式功能,再利用(*)式,對已知的函數(shù)進(jìn)行微調(diào),從而使端點(diǎn)處導(dǎo)數(shù)值相等.
收獲:圖形計(jì)算器讓我愿意主動(dòng)挑戰(zhàn)未知
對圖形計(jì)算器的研究,激發(fā)了我對數(shù)學(xué)的興趣,漸漸讓我對它愛不釋手了,我從以前的被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)楝F(xiàn)在的主動(dòng)學(xué)習(xí),也很愿意向未知的領(lǐng)域探索.這讓我想起了我一個(gè)初中的同學(xué),他非常喜歡數(shù)學(xué).初三時(shí),大家都在緊張復(fù)習(xí),他則在找高中的數(shù)學(xué)書和各種關(guān)于數(shù)學(xué)的課外書看,每天都會向其他同學(xué)講述他昨天學(xué)到的數(shù)學(xué)知識,當(dāng)時(shí)我覺得他傻傻的,但現(xiàn)在我明白了他是為了喜歡而學(xué)習(xí),而我是為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí).在圖形計(jì)算器社里我對此深有體會,當(dāng)自己喜歡和好奇時(shí),就會不由自主地去學(xué)習(xí).
點(diǎn)評 張賓心同學(xué)寫這篇論文時(shí),尚未接觸導(dǎo)數(shù)這一內(nèi)容.端點(diǎn)處光滑問題的處理,涉及微分的知識,是有較大難度的.但是,使用圖形計(jì)算器研究圖形讓他對學(xué)習(xí)產(chǎn)生了巨大的興趣,為了能夠找到方法解決問題,他從學(xué)過的知識入手,對問題進(jìn)行初步探究,并通過搜索網(wǎng)絡(luò)知識和詢問老師,自學(xué)三次函數(shù)和導(dǎo)數(shù)的知識,較好地解決了這一問題.問題,是數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的靈魂;興趣,是支撐我們前行的動(dòng)力,讓我們時(shí)刻懷抱一顆好奇心,去探知我們未知的世界.