微积分建立的时代背景和历史意义 教案示例⊙.docVIP

微积分建立的时代背景和历史意义·教案示例 目的要求1．了解微积分建立的时代背景和历史意义，进一步形成客观事物具有相互制约、相互转化、对立统一的辩证关系的观点．2．通过了解微积分思想方法形成的历史过程，学生对数学的本质、数学方法及数学对社会发展的意义和作用有较明晰的认识，激发学习数学的热情．内容分析初步学习了极限、导数等微积分基础知识之后，试验修订本教科书特别安排了介绍微积分建立的时代背景和历史意义的内容．这在中小学数学必修教科书中尚属首次，是教科书编写的创新．了解数学的历史，既是提高自身修养的途径，又是自觉有效地学习、应用数学的催化剂．数学作为人类文明的主要组成部分，它的发展规律及与其他文化的关系，应该为更多的公民所了解．本节课的主要内容包括三个部分：第一部分是微积分思想方法的萌芽、积累、诞生的历史回顾，着重围绕与大量实际问题相关的求曲线的切线及求函数的极值(对文科学生)问题，阐述变量与极限思想；第二部分是微积分思想方法对数学科学及自然科学发展的作用；第三部分是牛顿、莱布尼茨发明微积分思想方法对我们的启发，主要是阐述自己对数学、数学方法以及发现发明的认识．教科书对本节内容阐述得较详细、系统，讲授时可先让学生阅读，教师可挑选几位数学家如刘徽、笛卡尔、费马、牛顿等的工作作一介绍，着重阐述他们研究的问题与微积分思想方法的相关程度．之后可让学生讨论自己对微积分发明的体会．教学过程(一)引入1．用电脑展示微积分发明者——牛顿与莱布尼茨的像片．2．前面我们学习了极限与导数，已经领略到了在利用导数求曲线的切线方程、讨论函数的单调性与极值问题中所显示出的无比优越性．我们不禁会问：牛顿与莱布尼茨是怎样发明这样高明的数学方法的，是灵感在一夜之间的闪现还是前人长期努力的结晶？(二)新课1．学生阅读教科书第70页至第73页内容，着重了解微积分思想方法的时代背景，之后，请学生提问，将教科书中不理解的问题提出来，师生共同讨论交流．如：(1)17世纪自然科学的三大发明是指什么？(2)为什么说刘徽的“割圆术”包含着微积分概念的萌芽？(3)曲线在某点处的法线是指什么直线？(4)为什么说笛卡儿、费马等人发明的解析几何是数学中的转折点？……对上述问题，教师在课前应充分准备，有些不能三言两语解释的，应告诉学生阅读哪些参考资料．(如龚昇著《话说微积分》，中国科学技术大学出版社，1998；上互联网：www. 0－100. com. Cn /2/23/104/0541. htm)2．介绍刘徽、笛卡尔、费马、牛顿与莱布尼茨的数学方法．(1)刘徽的“割圆术”．魏晋南北朝时期的数学家刘徽提出割圆术作为计算圆的周长、面积以及圆周率的基础．其方法是“割之弥细，所失弥少，割之又割，以至于不可割，则与圆合体而无所失矣”，也就是说：刘徽用圆内接正多边形去逐步逼近圆．如图，设圆面积为S，半径为r，圆内接正n边形边长为ln，周长为Ln，面积为Sn．将边数加倍后，得到圆内接正2n边形，其边长、周长、面积分别记为l2n、L2n、S2n，则S2n＜S＜S2n＋(S2n－Sn)．当n无限增大时，S2n便趋于圆的面积，祖冲之按刘徽割圆术从正六边形连续算到正24576边形时，得到圆周率π的上下限：3.1415926＜π＜3.1415927．这是当时世界在这一领域的最高水平．刘徽割圆的逼近思想是以后极限思想的萌芽，为定积分概念的形成积累了素材．(2)笛卡儿求切线的“圆法”．法国数学家笛卡儿用代数方法(即圆法)求出了曲线在其上某一点处的切线方程．笛卡儿求曲线y＝f(x)过点P(x，f(x))的切线斜率的“圆法”是：(如图)过C点(曲线在点P处的法线与x轴的交点)作半径为r＝CP的圆C：(x－v)2＋y2＝r2．因CP是曲线y＝f(x)在P点的法线，则P应是曲线与圆C的“重交点”．若[f(x)]2是多项式函数，有重交点就相当于方程[f(x)]2＋(x－v)2＝r2有重根x＝e，从而[f(x)]2＋(x－v)2－r2＝(x－e)2(c1xn＋c2xn-1＋…＋cnx＋cn+1)，比较系数得v与e的关系，代入e＝x，便以y＝x3为例．点P(x，x3)．设(x3)2＋(x－v)2－r2＝(x－e)2(x4＋c1x3＋c2x2＋c3x＋c4)，经待定系数法得知：c1＝2e，c2＝3e2，c3＝4e3，c4＝1＋5e4，v＝e＋3e5．笛卡尔的代数方法正是后来求切线方法的雏形，牛顿就是以笛卡儿圆法为起跑点而踏上研究微积分道路的．(3)费马求极值的代数方法．法国数学家费马求函数y＝f(x)在点a处极值(如果存在的话)的代数方法是：用a＋e代替a，并使f(a＋e)与f(a)“逼近”，即f(a＋e)→f(a)．消去公共项后，用e除两边，再令e消失，即由此方程求出的a就是f(x)的极值点．以f(x)＝x2＋2x＋2为例，f(