【比较法在空间解析几何教学中的运用】空间解析几何公式

  摘要:空间解析几何与平面解析几何的基本概念和基本方法有很多相似处,在空间解析几何的教学中合理运用比较法,可以温故知新,培养学生的思维能力。   关键词:空间解析几何 数学方法 思维能力
  【中图分类号】G633.63【文献标识码】A【文章编号】1004-1079(2008)10-0110-01
  
  空间解析几何是平面解析几何的延伸,基本概念和基本方法都很类似。在空间解析几何的教学中,将其与平面解析几何的相关内容进行比较,并加以分析、综合,可以快捷准确地理解知识,培养学生的思维能力。
  一、空间直角坐标系与平面直角坐标系
  空间直角坐标系是由三条数轴所构成的(过空间一点O两两垂直),其中又包含了三个平面直角坐标系。通过比较看到,坐标系由一维到二维再到三维的发展过程,这对建立空间直角坐标系是很重要的。
  二、空间平面与平面直线
  空间直角坐标系中“平面”的方程Ax+By+Cz+D=0与平面直角坐标系中“直线”的方程Ax+By+C=0。分别是三元一次方程和二元一次方程。它们的基本性质非常相似:
  (1)过原点的“平面”Ax+By+Cz=0,缺常数项;而过原点的“直线”Ax+By=0,也缺常数项。
  (2)平行于轴的“平面”By+Cz+D=0,缺x项(A=0);而平行与x轴的“直线”By+C=0,也缺x项(A=0);并可以推广得,平行与xoy坐标面的“平面”Cz+D=0,缺x和y项(A=0,B=0)。
  (3)空间直角坐标系中的“直线”Ax+Bx+Cz+D=0,Ax+Bx+Cz+D=0,或==,是两个平面的交线;类似与平面直角坐标系中的两条直线的交“点”Ax+Bx+Cz=0,Ax+Bx+Cz=0.
  通过以上的对比,可以温故知新,并帮助学生很快地接受新知识。
  三、空间二次曲面与平面二次曲线
  空间直角坐标系中“曲面”与平面直角坐标系中“曲线”都是“动点轨迹”。“二次曲面”的方程与平面“二次曲线”的方程相比,基本特征相似甚至完全相同。如:
   (1)“柱面”x2+y2=R2;而平面直角坐标系中“圆”x2+y2=R2。虽然它们的方程完全相同,但是它们的图形却截然不同。前者是空间直角坐标系中的“柱面”,缺z项,说明z可以取任意实数,当z=0时,即柱面与平面的交线才是圆。
  (2)“椭球面”++=1;而平面“椭圆”+=1,仅少竖坐标。
  (3)“旋转面”f(x,±)=0等;“圆锥面”+-=0;“椭圆抛物面”+=2z;“双曲抛物面”-=2z;“双曲面”+-=±1等,与平面直角坐标系中的相关“曲线”(“圆”、“椭圆”、“抛物线”、“双曲线”等)有密不可分的联系。通过平面截曲面得交线的方法就能帮助我们很好地理解这些“曲面”。
  通过以上分析可以看出,新概念与旧概念之间有相似的一面。这对理解新概念的外延会有很大帮助;而另一方面,必须对新旧概念之间的差异进行分析、综合,从而完整准确地把握新概念的内涵。
  四、对培养学生思维能力的思考
  传统数学教学多注重知识的传授。现代数学教学观则把素质(数学能力)的培养放在重要位置。
  数学科学的内容,包括数学知识和数学方法两个组成部分。知识是形成能力的基础,能力是成功运用知识的表现。能力的大小取决于知识的多少、掌握方法的程度。所以,在传授知识的过程中不可忽视对数学方法的教学。
  实践证明,在空间解析几何中,合理运用“分析、综合、比较、归纳、作图”等数学方法,可以使学生快捷准确地理解知识,并提高学生的逻辑思维能力。
  
  参考文献
  [1] 同济大学应用数学系,《高等数学》。北京:高等教育出版社,2003。
  [2] 李元中,《数学教学系统方法概论》。陕西:人民教育出版社,1988。
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