探析建模思想在圆锥曲线学习中的应用?

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  摘 要:随着素质教育普及,越来越重视知识在生活中的应用。数学建模思想即把生活现象转化为数学问题来解决,让生产和生活实践相结合。其中在高中阶段圆锥曲线部分建模思想应用广泛,本文就数学建模思想在圆锥曲线学习中的应用展开论述,提出相关建议。
  关键词:建模思想;圆锥曲线;学习应用
  引言
  数学方法有很多,比如转化思想、数形结合思想、割补思想等,但是在圆锥曲线这部分属于立体几何,利用其他数学思想解决起来较为困难,而空间对于学生来说比较难以理解,抽象性强。因此,借助建立数学模型的方法增强图形的直观性。
  一、基于建模思想,准备并假设模型
  数学题目由数字以及其他数学符号组成,是抽象的。数学建模是连接数学与生活的桥梁,而建立数学模型是第一步,只有建立了模型才能够继续分析。模型建立的正确性决定着整个问题的对错,要谨慎建立数学模型。
  在高中阶段学习的圆锥曲线有三类:椭圆、双曲线、抛物线,形状不同,自然建立模型也有所差异。首先,建立步骤,需要根据题目给出的数学信息,寻找数量关系。比如:人民教育出版社高中数学第一册《椭圆》在学习椭圆的标准方程时,以一个探究题引入新授知识,“取一定长度的细绳,把它的两端固定在木板上的同一点,进行转动会得到一个圆。如果把这段绳子两端都固定住,在绳子上面挂上铅笔进行转动会得到什么样的轨迹呢?”根据信息能够得到绳子的距离,以及两个点是定点。其次,要对已知信息假设。为了便于解决进行下一步的计算,需要对模型进行假设。把两个定点设为F1和F2,笔尖作为动点设为M。如果不进行假设,在接下来的表述以及模型的计算过程中都会造成困扰。再比如第三章第二节《双曲线》他的探究是借助信息技术来探究的,“在一条直线上取两个定点还有一个动点,然后在一个平面上取两个定点,以其中的一个点为圆心,直线上的动点与另一个点为半径,然后互换画圆。求证动点满足什么条件?轨迹的形状是怎样的?”这一段话很长,无非包含了直线和平面上分别有两个定点和一个共同的动点,只看这一段文字描述是很烧脑的,可见对其假设的必要性。假设两个直线上的两个定点为A、B,动点为P;平面上的两个定点为F1、F2。这样假设能够为后来建模的计算提供便利。
  二、基于建模思想,计算和分析模型
  计算和分析是数学建模的过程中的关键点,是继数学模型建立假设之后。在计算模型方面,主要是以估算为主,模型分析就是将得出的答案从数学的角度进行分析。正确的计算和分析模型是模型推广应用的前提。
  电影院是现代普遍的娱乐场所,在人教版数学第一册椭圆部分有关于电影放映灯的题目“题目中已知电影放映灯的反射镜面是一个旋转的椭圆;BAC是某截口;灯丝在F1处;片门在F2上;光线由F1发出,不断旋转集中到F2上,且BC垂直于F1F2,F1B为2.8厘米,F1F2的距离为4.5厘米,求椭圆方程。”首先画出数学建模图,这个题目是以平面的形式展示。直接假设所求的方程为标准方程是,已知椭圆的端点与焦点形成的内接角是90度,从而算出F2B的值,再根据椭圆的性质,求出a约等于4.1厘米,b约等于3.4厘米。把这些数值代入假设的椭圆方程当中,即可解决题目。对于这类题只需要计算求解,他只是单纯的考察计算和分析。分析就是根据得出的答案,联系生活经验,说明答案的数学含义。
  三、基于建模思想,检验和应用模型
  当模型建立以及计算出答案以后,并不能完全說明模型具有可应用性。这里的得出也不是经过一次计算就可得出的,需要经过多次检验,来验证答案的科学性。检验和应用是数学建模的最后一个步骤。
  比如在第一阶段的人民教育出版社数学第一册通过“细绳与木板,还有一支铅笔”来推倒出了椭圆的公式。观察到出是a方减b方>c方,可以用具体的数字来代替字母,然后用具体的数值重新推导,如果得出的公式与字母得到的一样,则说明这个椭圆的标准式是正确的。经过多次检验答案一致可以进行推广,反之则不行。再比如在《抛物线》这一章节,“通过卫星接收天线,卫星会发出波束,然后射出。接收的口径是4.8米,深度是1米推出抛物线的标准方程和焦点坐标为Y的平方=5.76X,焦点坐标为(1.44,0)这些是具体的数字,但是在实际应用时条件会随时更换,公式要具有普遍性的特点,把数字用字母公式解释,最后得出用字母表示为Y的平方=2px(p>0)再找到其他的应用题,反复把不同的数字带入标准式”,其次,还要检验这个公式与其他科学定理有没有相违背的地方,如果相违背需要再重复检验,直到得出正确检验结果为止。在应用方面,抛物线可以应用于生活中计算卫星接收或者其它事物的路径轨迹,推广到生活中的各个方面。
  结语
  数学建模思想与生活密切联系,尤其在圆锥曲线方面应用广泛。本文通过准备与假设、计算与分析、检验和应用几大方面,逐步描述建模思想的使用,以促进学生学习建模思想。
  参考文献:
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