聊聊小初高数学学习中的分类讨论思想
人们面对比较复杂的问题,有时需要把研究的对象按照一定的标准进行分类,并逐类进行讨论,再把每一类的结论综合,使问题得到解决。
这种解决问题的思想方法就是分类讨论的思想方法。
分类讨论是我们在日常生活以及科学研究中经常使用的思想方法。
比如我们在权衡是否要给孩子报某个辅导班时,就会按照报与不报来进行分类,比较其优劣。
而在数学里,分类讨论的思想更是从小学贯穿到高中整个阶段。
甚至可以说,越是往上,分类讨论思想的应用越是广泛。
分类讨论的实质是把不确定的大问题按照某种标准,进行切分,转化为若干个确定的小问题,分而治之,各个击破,最后再进行综合归纳。
其分类规则和解决问题的步骤是——根据研究的需要,确定同一分类标准(往往是基于对概念的理解),恰当的对研究对象进行分类,分类后的所有子项之间既不能交叉,也不能从属,而且所有子项的外延之和必须与被分类的对象的外延相等,通俗的说就是要做到不重不漏,逐类逐级的进行讨论,综合、概括、归纳,得到最后的结论。
全面、有序,是分类讨论非常重要的两个标准。
正因为如此,分类讨论问题对于学生思维的全面性、逻辑性培养很有益。
那么分类思想在小学数学教材中都是如何体现的呢?又应该如何培养呢?
在小学人教版数学教材一年级上册的《认识图形(一)》中有这么一幅图:
此处就是分类思想的一个应用,按照长方体、正方体、圆柱、球体四个模型,要求学生对日常生活中的物体进行分类。
在低年级,分类思想的渗透都是以此形式进行的。
所以分类思想在孩子低龄阶段并不是必须有教材的辅助,在生活中就有很多分类的案例。
比如有一次我们带孩子出去玩,在高速上车辆来来往往,我们就让孩子讨论如何对车进行分类,比如品牌、颜色、车型等标准都可以。
一年级下册第三单元《分类与整理》更是直接将分类与统计作为该单元的主要教学内容。
在这里,课本要求学生忽略掉颜色,以形状为标准来进行分类划分。
其实也可以让学生以颜色为标准来进行划分。
最后会发现,无论是哪种划分方式,最后的结果一定是不重不漏的。
这里的分类与整理蕴含了分类讨论思想,同时也是对统计思想的渗透。
在第8单元《数学广角——搭配》中,分类思想更是作为一个主要的思想应用。
本单元的例1,实际上是一个排列问题,但在小学数学不学习排列组合的情况下,学生只能选择枚举法,而枚举法就以为着要有一定的分类标准——比如按照数字从小到大,按照标准进行,如此才能做到不重不漏。
在练习题中,有这么一道硬币的题目。
这道题首先要按照硬币的数量进行分类,之后再其内部进行组合。
相较于其他题目,在分类思想的考察上更有难度一些。
小学数学阶段的分类思想应用都与此类似,主要侧重于分类,强调的是分类的有序性和全面性,所以只能叫分类思想,不能叫分类讨论思想。
因为分类讨论有一个重要的部分,就是讨论,而讨论需要不确定性,这是小学数学大部分情况下不涉及的内容。
但是到了初中,甚至是七年级上册,分类讨论思想的应用就陡然增多。
中学数学属于典型的学的少,考的多、考的深,就比如七年级上册教材中,我扒了半天才在相反数那里找到这么一个涉及到分类讨论的点。
但是如果我们看看初中数学中的题目,就会发现分类讨论已经大行其道了。
比如这道题,是从点位置的不同情况入手进行分类讨论。
这道题,需要结合绝对值概念或者几何含义来进行分类讨论。
这道题,根据字母的正负情况来进行分类讨论。
这道题,需要结合绝对值概念和几何含义进行讨论,相较于前面几道题,在分类时需要确定分类标准,然后按照不同范围进行讨论。
这道题,需要结合一元一次方程的概念、解法步骤来进行分类讨论。
这道题涉及到枚举,也可以认为是分类讨论的一种,需要结合约束条件来进行。
这种题型需要结合点m的位置来进行讨论,进而找到思路,不是需要写出来的步骤,而是在解题时的思考过程,即使在高一也是常见的题型。
上题在分类讨论时则需要结合图形在运动中所处的不同位置。
这道题目则需要按照三角形相似的不同情况来分类讨论,建立方程。
(以上题目都来自于新思维)
由以上例子我们可以发现,需要初中分类讨论的试题基本类型包括:
考查数学概念的分类讨论
学生需要对于数学概念掌握扎实,遇到问题之后能够根据概念明确讨论标准。一般是围绕代数问题、方程不等式、函数来出题,比如绝对值的概念与几何含义、一元一次方程、一元二次方程的定义与解法。
考查图形的位置关系或形状
学生需要打开思维,不能拘泥于一种固定形式,需要按照一定的逻辑顺序来对不同几何特征进行讨论,比如直角顶点的位置,等腰三角形的腰的位置等,不漏是这种题型的基本要求。
考查图形的对应关系
比如三角形相似问题,对其中可能出现的有关点的可能对应情况加以分类讨论。
初中数学涉及分类讨论的常见问题
绝对值、应用题中的方案选择、解方程、等腰三角形腰、直角三角形顶点、相似三角形的对应点、动点问题、圆。
可以说,初中数学中分类讨论思想的应用已经很广泛,在各个知识点中都有所体现,而到了高中数学,在题型上会有所变化,平面几何的分类讨论问题被字母的取值情况或范围的讨论所取代。
这种题型在函数中比较多,主要是涉及到自变量的取值范围变化,往往会和图像结合比较紧密,会结合图像变换、函数性质、值域等内容考察;在方程、解析几何、数列、解三角形、向量中也会有所体现。
相较于初中数学,高中数学的分类讨论问题更复杂,更抽象一些。
比如上题,首先是划分层次,虽然是常数项含有字母,但我们并不是直接讨论字母的范围,而是根据题意,分类讨论判别式小于0或大于等于0的情况。
也就是说,分类讨论的对象不是字母,而是根据题意找到一个分类标准,比如这道题和根有关,那就应该考虑判别式,字母是包含在对判别式的分类中的。
比如这道题目,就涉及到对-a和-2a+1两个值大小的讨论,这是基于解一元二次不等式的步骤,必须要根据两者的大小关系才能明确其解集。
像这道题目,其分类讨论思路首先是考虑到函数图像的形态,进而讨论a的取值,但此处的a其实对应的是函数图像与x轴右侧交点的位置,仍然是有其背景的。
这道题的讨论情况比较多,如何做到不重不漏是一个难点,还是要基于对图像的认识。
很明显,我们发现分类讨论是自然发生的,并不是刻意为之,做题做到这里,面对解一元二次不等式,因为对不等式解法的掌握扎实,明确在此处必须要进行大小讨论才能往下做,不确定,那就必须进行讨论。
这就是所谓的分类讨论必定是基于基础概念、基础方法。
之所以大部分高中数学阶段的分类讨论题大都因概念而引发,是因为有些概念本身就包含多种情况,比如指、对数底数大小与单调性、不等式性质中涉及到乘除的一些性质、直线的斜率与倾斜角范围的关系等;有些概念本身有约束,比如二次函数、方程、不等式的二次项系数不为0、等比数列前n项和公式需要考虑公比是否为0等。
初中阶段的考察亦是如此。
出题人在命题时,为了提高题目难度,加大对学生概念掌握的考察力度,以及思维的逻辑性、缜密性、全面性考察,必然会在这些易忽略的地方设置分类讨论的点。
所谓没有无缘无故的爱,也没有无缘无故的分类讨论,很多孩子对分类讨论不够好,其根本原因还是基础不够扎实。
要掌握好分类讨论问题,一方面是概念搞清楚,搞扎实;
二是从一开始学习这种题型时就做好训练,分类标准要清晰,要有层次感,要着重注意不重不漏;
三是在解题时能够抓住主要矛盾,也就是确定分类讨论的标准。
适当的刷题是必须的,因为只有通过刷题才能提高敏感度和洞察力,知道在哪里讨论,如何讨论,才能熟悉出题老师的套路。
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