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摘 要:在人类认识活动中,通过特殊去探索一般,从一般去研究特殊,特殊化方法和一般化方法在一般科学研究中有着重要的地位和作用,也是推动数学发展和创新的重要方法。
关键词:一般化;特殊化;条件;方法
本文从数学中的一般与特殊的简介、一般化与特殊化方法的运用、关系以及其转化的运用这几个方面对一般与特殊进行简单的讨论。
一、一般化与特殊化介绍
知道了数学中的一般与特殊,而在学习中,解题是关键,往往要用到两种重要的方法一般化与特殊化。
(一)特殊化的介绍
所谓特殊化,是从普遍认识个别,即是从被研究对象的各种性质中抽取某一些个性,把研究对象或问题从原有范围缩小到较小范围或个别情形、甚至是极端情形来考察对象和探究解决问题思路的方法。
(二)一般化的介绍
一般化,是从个别到普遍,即是从被研究的个别对象中发现它同类的共同属性,从而扩大研究对象的范围,或者从更高的角度探索问题、解决问题的方法。
用一般化解决数学问题的思维过程:
二、一般化与特殊化的关系及其转化
特殊化和一般化是基本的数学创新方法,这两种方法在数学的发明、发展过程中是无处不在的,且经常交替使用,如实数、复数以及函数等概念的产生便是如此。
(一)一般化转化到特殊化
特殊化是通过引入新特征强化原型来完成,因此所得的理论或概念就是原型的特殊例子。
一般化转化到特殊化常常用来验证数学命题的正误,创新性地应用于公式、定理,从而用来发现问题、解决问题,特殊化方法在各个创新层次中都有很强的体现。下面介绍几种利用特殊化方法进行数学问题的解决。
1.把公式、定理、定义中的变量特殊化
学习数学中公式、定理和定义对于我们来说是在接受新知识的过程。如何选择代数式和一个合适的具体数字代替公式中的变量,这也是一种挑战。利用数学问题中变量特殊化来探求解题途径与方向,从特殊情况来验证定理、公式等的正确性,进而猜想可能得出的一般性结论,并且发现解决问题的思路,从而解决问题。
例1.在△ABC中,求的最大值
分析 该题若考虑一般的三角形,直接利用三角恒等变形,方向不明确,因此可尝试利用特殊化方法。考虑到最大值可能存在于特殊的三角形中,因此,考虑当 时, ;当,时,,可猜想为最大值。问题就转化为要证明(等号一定能取到),这样目的就很明确了。
例2.设等于定数,证明:凡以为方程的直线均通过一个定点。
证明:将a、b特殊化,令,则,直线变为 (1)
又令,则,直线 变为
(2)
將(1)、(2)联立,解得两直线交点,这是一个定点。猜想:一切直线均通过定点M。将M点坐标代入直线方程便可证实这一猜想。
2.把条件特殊化
在许多命题和概念中,经常可以找到一些特殊的例子,从这些特殊例子的特征出发,就可以将原来的命题和概念特殊化,从而创造出新的数学命题和概念。
如从四边形→梯形→平行四边形→矩形(菱形)→正方形。
3.把命题条件极端化
我们考虑某个范围内的数学问题的时候,往往会考虑这个问题的极端情况,从而发现新的问题,提出新的观点。我们经常考虑数学问题中的极端形式有:由线到点,有面到线,由曲线到直线,由有限到无限等等。
F1F2例如,椭圆有两个焦点F1,F2,如图所示,若F1固
定,考虑的移动,当F2向左移动,椭圆逐渐趋向于圆,
F2与F1重合时即为圆;当F2从无穷远处由左边回到圆锥曲线的轴上来时,即为双曲线;当F2继续向右移动,F2与F1重合时即为两相交直线,亦即退化的圆锥曲线。这些就是圆锥曲线的极端情况,从中可以使我们更清晰地看到各类曲线之间的区别与联系。
(二)特殊化转化到一般化
一般化往往会扩大研究的范围,促进数学从广义上不断发展,从而能够站在一个更高的层次上来解决具体问题。
1.用一般的变量代替具体对象
有时候由于具体对象的一些特殊性质掩盖了该对象的一般性质,此时可以通过一般的变量代替具体对象来发现该对象的一般属性,从而获得解决问题的途径。
例1.比较1733和33!的大小。
分析 通过数值比较计算比较大小是有困难的,但数据17和33之间有联系,由此通过一般化可得到一个一般性的命题,比较与n!的大小,由于
所以
,由此立得[10]
2.弱化命题条件
对于一些数学命题,我们可以弱化命题的条件,从而得到一般化的结果,新的数学命题。例如勾股定理:在△ABC中,当∠C=90°时,有成立。如果我们把条件弱化,不考虑∠C=90°的特殊情况,只考虑△ABC的一般情况,然后分析△ABC三边大小的关系,从而得到广义的勾股定理,即余弦定理:。这种弱化命题条件,得到新命题的情形也经常出现。
三、一般化与特殊化在教学中的应用
一般化与特殊化在我们的数学学习中有着至关重要的作用,特别在教学中。三角学的特点之一是公式较多,对这些公式,记忆是必要的,但如果没有科学的方法光靠死记是不行的。从繁杂众多的公式中理出一个头绪,这是帮助学生加深理解和记忆的好办法,是教师教学方法中重要的方法下面我们由两角和余弦公式出发,利用特殊化的方法,导出一系列关于正弦与余弦的公式。
1.
2.在中以-β替换β,得:
3.在中取,并将β改写成α,得:
我们就可以得到一系列的正弦与余弦公式,这样很便与我们的教学了。
四、总结
数学中,一般与特殊同等重要,缺一不可。数学研究中,一般化与特殊化是非常重要的,在数学中的各个领域都有,比如概型中的特殊化,数值问题中的最值问题,数学中的化归思想等等。因为待解的一般性问题特殊化成特殊问题,再求的特殊问题的解,然后猜想一般问题的解,最后加以证明。这种方法对于解决复杂问题往往是行之有效的。
当然并不是所有的数学问题都可以特殊化或一般化可以解决的,但它们是一种必要的手段,而且恰当运用它们也需要研究者有足够的机智和经验,还要有一定的数学修养。特殊化方法和一般化方法在一般科学研究中有着重要的地位和作用,也是推动数学发展和创新的重要方法。因此一般化与特殊化需要我们自己在点滴中慢慢体会,也是值得我们进一步挖掘和弘扬。
参考文献:
[1]赵保华,赵宝钢,李国华.一般与特殊相结合的数学证明方法浅谈[J].高师理科学刊,2005,25(4):11.
[2]洪宝勇.特殊到一般与极端到一般[J].中学数学杂志(高中),2001,15(2):40.
[3]罗增儒.巧思妙解的两个途径—一般化与特殊化[J].中学数学,2007,18(8):16-18.
[4]何华兴.数学中的一般化与特殊化例谈[J].中学数学研究,2008,13(7):6.
[5]陈志云,蒋永红,郭朋贵.数学创新方法漫谈(一)——特殊化方法和一般化方法[J].高等函授学报(自然科学版),2005,19(6):9-13.
作者简介:童亚玲,余姚市职成教中心学校。
关键词:一般化;特殊化;条件;方法
本文从数学中的一般与特殊的简介、一般化与特殊化方法的运用、关系以及其转化的运用这几个方面对一般与特殊进行简单的讨论。
一、一般化与特殊化介绍
知道了数学中的一般与特殊,而在学习中,解题是关键,往往要用到两种重要的方法一般化与特殊化。
(一)特殊化的介绍
所谓特殊化,是从普遍认识个别,即是从被研究对象的各种性质中抽取某一些个性,把研究对象或问题从原有范围缩小到较小范围或个别情形、甚至是极端情形来考察对象和探究解决问题思路的方法。
(二)一般化的介绍
一般化,是从个别到普遍,即是从被研究的个别对象中发现它同类的共同属性,从而扩大研究对象的范围,或者从更高的角度探索问题、解决问题的方法。
用一般化解决数学问题的思维过程:
二、一般化与特殊化的关系及其转化
特殊化和一般化是基本的数学创新方法,这两种方法在数学的发明、发展过程中是无处不在的,且经常交替使用,如实数、复数以及函数等概念的产生便是如此。
(一)一般化转化到特殊化
特殊化是通过引入新特征强化原型来完成,因此所得的理论或概念就是原型的特殊例子。
一般化转化到特殊化常常用来验证数学命题的正误,创新性地应用于公式、定理,从而用来发现问题、解决问题,特殊化方法在各个创新层次中都有很强的体现。下面介绍几种利用特殊化方法进行数学问题的解决。
1.把公式、定理、定义中的变量特殊化
学习数学中公式、定理和定义对于我们来说是在接受新知识的过程。如何选择代数式和一个合适的具体数字代替公式中的变量,这也是一种挑战。利用数学问题中变量特殊化来探求解题途径与方向,从特殊情况来验证定理、公式等的正确性,进而猜想可能得出的一般性结论,并且发现解决问题的思路,从而解决问题。
例1.在△ABC中,求的最大值
分析 该题若考虑一般的三角形,直接利用三角恒等变形,方向不明确,因此可尝试利用特殊化方法。考虑到最大值可能存在于特殊的三角形中,因此,考虑当 时, ;当,时,,可猜想为最大值。问题就转化为要证明(等号一定能取到),这样目的就很明确了。
例2.设等于定数,证明:凡以为方程的直线均通过一个定点。
证明:将a、b特殊化,令,则,直线变为 (1)
又令,则,直线 变为
(2)
將(1)、(2)联立,解得两直线交点,这是一个定点。猜想:一切直线均通过定点M。将M点坐标代入直线方程便可证实这一猜想。
2.把条件特殊化
在许多命题和概念中,经常可以找到一些特殊的例子,从这些特殊例子的特征出发,就可以将原来的命题和概念特殊化,从而创造出新的数学命题和概念。
如从四边形→梯形→平行四边形→矩形(菱形)→正方形。
3.把命题条件极端化
我们考虑某个范围内的数学问题的时候,往往会考虑这个问题的极端情况,从而发现新的问题,提出新的观点。我们经常考虑数学问题中的极端形式有:由线到点,有面到线,由曲线到直线,由有限到无限等等。
F1F2例如,椭圆有两个焦点F1,F2,如图所示,若F1固
定,考虑的移动,当F2向左移动,椭圆逐渐趋向于圆,
F2与F1重合时即为圆;当F2从无穷远处由左边回到圆锥曲线的轴上来时,即为双曲线;当F2继续向右移动,F2与F1重合时即为两相交直线,亦即退化的圆锥曲线。这些就是圆锥曲线的极端情况,从中可以使我们更清晰地看到各类曲线之间的区别与联系。
(二)特殊化转化到一般化
一般化往往会扩大研究的范围,促进数学从广义上不断发展,从而能够站在一个更高的层次上来解决具体问题。
1.用一般的变量代替具体对象
有时候由于具体对象的一些特殊性质掩盖了该对象的一般性质,此时可以通过一般的变量代替具体对象来发现该对象的一般属性,从而获得解决问题的途径。
例1.比较1733和33!的大小。
分析 通过数值比较计算比较大小是有困难的,但数据17和33之间有联系,由此通过一般化可得到一个一般性的命题,比较与n!的大小,由于
所以
,由此立得[10]
2.弱化命题条件
对于一些数学命题,我们可以弱化命题的条件,从而得到一般化的结果,新的数学命题。例如勾股定理:在△ABC中,当∠C=90°时,有成立。如果我们把条件弱化,不考虑∠C=90°的特殊情况,只考虑△ABC的一般情况,然后分析△ABC三边大小的关系,从而得到广义的勾股定理,即余弦定理:。这种弱化命题条件,得到新命题的情形也经常出现。
三、一般化与特殊化在教学中的应用
一般化与特殊化在我们的数学学习中有着至关重要的作用,特别在教学中。三角学的特点之一是公式较多,对这些公式,记忆是必要的,但如果没有科学的方法光靠死记是不行的。从繁杂众多的公式中理出一个头绪,这是帮助学生加深理解和记忆的好办法,是教师教学方法中重要的方法下面我们由两角和余弦公式出发,利用特殊化的方法,导出一系列关于正弦与余弦的公式。
1.
2.在中以-β替换β,得:
3.在中取,并将β改写成α,得:
我们就可以得到一系列的正弦与余弦公式,这样很便与我们的教学了。
四、总结
数学中,一般与特殊同等重要,缺一不可。数学研究中,一般化与特殊化是非常重要的,在数学中的各个领域都有,比如概型中的特殊化,数值问题中的最值问题,数学中的化归思想等等。因为待解的一般性问题特殊化成特殊问题,再求的特殊问题的解,然后猜想一般问题的解,最后加以证明。这种方法对于解决复杂问题往往是行之有效的。
当然并不是所有的数学问题都可以特殊化或一般化可以解决的,但它们是一种必要的手段,而且恰当运用它们也需要研究者有足够的机智和经验,还要有一定的数学修养。特殊化方法和一般化方法在一般科学研究中有着重要的地位和作用,也是推动数学发展和创新的重要方法。因此一般化与特殊化需要我们自己在点滴中慢慢体会,也是值得我们进一步挖掘和弘扬。
参考文献:
[1]赵保华,赵宝钢,李国华.一般与特殊相结合的数学证明方法浅谈[J].高师理科学刊,2005,25(4):11.
[2]洪宝勇.特殊到一般与极端到一般[J].中学数学杂志(高中),2001,15(2):40.
[3]罗增儒.巧思妙解的两个途径—一般化与特殊化[J].中学数学,2007,18(8):16-18.
[4]何华兴.数学中的一般化与特殊化例谈[J].中学数学研究,2008,13(7):6.
[5]陈志云,蒋永红,郭朋贵.数学创新方法漫谈(一)——特殊化方法和一般化方法[J].高等函授学报(自然科学版),2005,19(6):9-13.
作者简介:童亚玲,余姚市职成教中心学校。