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高中数学选修4-3:数列与差分

 百眼通 2017-10-29

    随着信息技术的日益普及和发展,离散数学的应用越来越广泛。差分和差分方程是描述离散变量变化的重要工具,在理论上是十分重要的,并且有广泛的应用。
    本专题初步研究数列的差分和简单的差分方程,使学生掌握一些用离散变量分析解决问题的方法。
一、内容与要求
    1.数列的差分
     (1)通过一些具体实例,理解数列差分的概念。
     (2)理解数列的一、二阶差分以及它们对描述数列变化的意义,结合数列(作为函数)的图像,了解差分与数列的增减、极值、数列图像的凹凸的关系。
    2.一阶线性差分方程xn+1=k xn +b
     (1)通过一些具体实例,体会方程xn+1=k xn +b是十分有用的数学模型。
     (2)理解方程xn+1=k xn +b中,当b=0(即方程为齐次方程)时,其解为等比数列;当k=1(即差分为常数)时,其解为等差数列。
     (3)认识方程xn+1=kxn +b的通解、特解,了解方程的解与相应的齐次方程xn+1=k xn通解的关系;能给出方程xn+1=k xn +b的通解公式。
    3.(二元)一阶线性差分方程组 xn+1=a xn +b yn +c,yn+1=d xn +e yn +f
     (1)通过一些实例,认识一阶线性差分方程组是描述现实世界的一个重要模型。
     (2)了解一阶线性差分方程组的通解、特解与其相应齐次方程组通解的关系。
     (3)给定初值,会用迭代法求一阶线性差分方程组的解;能写出求解的算法框图。
     (4)对给定的具体方程组,能初步讨论当n→∞时,解(数列)的变化趋势(收敛、发散、周期)。
    4.通过具体实例(如种群增长等),体会方程xn+1=kxn(1-xn)是十分有用的数学模型。借助计算工具,用迭代法分别对k取一些特殊值(如0<k≤1,1<k≤3,k=3.4,k=3.55,k=3.7)的情形,讨论xn的变化,初步了解非线性问题的复杂性。
    5.应用
     (1)学会用差分方程和差分方程组解决一些简单的实际问题。
     (2)初步体会连续变量离散化的思想,能用它来讨论一些简单的问题。
    6.完成一个学习总结报告。报告应包括三方面的内容:

     (1)知识的总结。对本专题内容的整体结构和内容的理解,对刻画离散变量变化的数学方法的认识。

     (2)拓展。通过查阅资料、调查研究、访问求教、独立思考,进一步探讨差分方程及其应用。

     (3)对本专题学习的感受。
二、说明与建议
    1.教学过程和教材编写,应通过大量实例,帮助学生理解差分的概念和差分方程的意义,力求深入浅出。
    2.通过对一阶线性差分方程的讨论,使学生理解方程解的结构,即通解、特解以及与齐次方程通解的关系。这不仅仅是为了求解差分方程,而且对将来进一步学习线性方程组、常微分方程等内容都有所帮助。
    3.关注学生用差分方程解决实际问题的能力。特别应鼓励学生能从实际问题建立差分方程,并能结合实际问题引导学生讨论解的实际意义。
    4.迭代方法是解决问题常用的数学方法之一,应使学生结合具体问题去体会迭代方法的意义和作用。
    5.在学习差分概念的过程中,应有意识地把差分和导数的概念进行对比,体会差分概念的意义和作用,并初步了解把连续变量离散化的思想。

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