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高考数学第一章111

§1.1 算法与程序框图

1.1.1 算法的概念

学习目标

 1.了解算法的含义和特征.2.会用自然语言描述简单的具体问题的算法.

知识点一 算法的概念

思考 解决一个问题的算法是唯一的吗?

答案 不唯一.如解二元一次方程组的算法有加减消元法和代入消元法两种,但不同的算法有优劣之分.

梳理 算法的概念

12世纪的算法

是指用阿拉伯数字进行算术运算的过程

数学中的算法

通常是指按照一定规则解决某一类问题的明确和有限的步骤

现代算法

通常可以编成计算机程序,让计算机执行并解决问题

知识点二 算法的特征

算法的五个特征

(1)有限性:

一个算法的步骤是有限的,它应在有限步操作之后停止.

(2)确定性:

算法中的每一步应该是确定的,并且能有效地执行且得到确定的结果,而不是模棱两可的.

(3)逻辑性:

算法从初始步骤开始,分为若干个明确的步骤,前一步是后一步的前提,只有完成前一步,才能进行下一步,而且每一步都是正确无误的,从而组成具有很强逻辑性的步骤序列.

(4)普遍性:

一个确定的算法,应该能够解决一类问题.

(5)不唯一性:

求解某一个问题的算法不一定只有唯一的一个,也可以有不同的算法.

特别提醒:

判断一个问题是不是算法,关键是明确算法的含义及算法的特征.

知识点三 算法的设计

思考 自然语言是唯一描述算法的语言吗?

答案 不是.描述算法可以有不同的方式,常用的有自然语言、框图(流程图)、程序设计语言等.

梳理 

(1)设计算法的目的

设计算法的目的实际上是寻求一类问题的解决方法,它可以通过计算机来完成.设计算法的关键是把过程分解成若干个明确的步骤,然后用计算机能够接受的“语言”准确地描述出来,从而达到让计算机执行的目的.

(2)设计算法的要求

①写出的算法必须能解决一类问题.

②要使算法尽量简单、步骤尽量少.

③要保证算法步骤有效,且计算机能够执行.

1.算法是解决一个问题的方法.( × )

2.一个算法可以产生不确定的结果.( × )

3.算法的步骤必须是明确的、有限的.( √ )

类型一 算法概念的理解

例1 下列关于算法的说法,正确的个数有(  )

①求解某一类问题的算法是唯一的;

②算法必须在有限步操作之后停止;

③算法的每一步操作必须是明确的,不能有歧义或模糊;

④算法执行后一定产生确定的结果.

A.1B.2

C.3D.4

考点 算法的概念

题点 算法概念的辨析

答案 C

解析 由于算法具有有限性、确定性等特点,因而②③④正确,而解决某类问题的算法不一定唯一,从而①错.

反思与感悟 算法实际上是解决问题的一种程序性方法,它通常用来解决某一个或某一类问题,在用算法解决问题时,体现了特殊与一般的数学思想.

跟踪训练1 下列说法中是算法的有________.(填序号)

①从上海到拉萨旅游,先坐飞机,再坐客车;

②解一元一次不等式的步骤是去分母、去括号、移项、合并同类项,系数化为1;

③求以A(1,1),B(-1,-2)两点为端点的线段AB的中垂线方程,可先求出AB的中点坐标,再求kAB及中垂线的斜率,最后用点斜式方程求得线段AB的中垂线方程;

④求1×2×3×4的值,先计算1×2=2,再计算2×3=6,6×4=24,得最终结果为24;

x>2x+4.

考点 算法的概念

题点 算法的步骤问题

答案 ①②③④

解析 ①说明了从上海到拉萨的行程安排;

②给出了解一元一次不等式这类问题的解法;

③给出了求线段的中垂线的方法及步骤;

④给出了求1×2×3×4的值的过程并得出结果.

故①②③④都是算法.

类型二 算法的阅读理解

例2 下面算法要解决的问题是__________________________________________________.

第一步,输入三个数,并分别用a,b,c表示.

第二步,比较a与b的大小,如果a

第三步,比较a与c的大小,如果a

第四步,比较b与c的大小,如果b

第五步,输出a,b,c.

考点 算法的特点

题点 算法特点的辨析

答案 输入三个数a,b,c,并按从大到小的顺序输出

解析 第一步是给a,b,c赋值.

第二步运行后a>b.

第三步运行后a>c.

第四步运行后b>c,所以a>b>c.

第五步运行后,显示a,b,c的值,且从大到小排列.

反思与感悟 一个算法的作用往往并不显而易见,这需要我们结合具体数值去执行一下才

知道.

跟踪训练2 下面给出了一个问题的算法:

第一步,输入a.

第二步,若a≥3,则执行第三步,否则执行第四步.

第三步,输出a+5.

第四步,输出3a+4.

这个算法解决的问题是_________________________________________________________.

考点 算法的特点

题点 具体问题的算法设计

答案 求函数f(x)=

当x=a时的函数值f(a).

类型三 算法的设计与应用

例3 有一个底面半径为3,母线为5的圆锥,写出求该圆锥体积的算法.

考点 算法的设计与应用

题点 数值型的算法设计

解 如图,先给r,l赋值,计算h,再根据圆锥体积公式V=

πr2h计算V,然后输出结果.

第一步,令r=3,l=5.

第二步,计算h=

.

第三步,计算V=

πr2h.

第四步,输出运算结果.

反思与感悟 利用公式解决问题时,必须先求出公式中的各个量,在设计算法时,应优先考虑未知量的求法.

跟踪训练3 已知一个等边三角形的周长为a,求这个三角形的面积.设计一个算法解决这个问题.

考点 算法的设计与应用

题点 其它数值型的算法设计

解 第一步,输入a的值.

第二步,计算l=

的值.

第三步,计算S=

×l2的值.

第四步,输出S的值.

例4 所谓正整数p为素数是指:

p的所有约数只有1和p.例如,35不是素数,因为35的约数除了1,35外,还有5与7;29是素数,因为29的约数就只有1和29.试设计一个能够判断一个任意正整数n(n>1)是否为素数的算法.

考点 算法的设计与应用

题点 循环型算法设计

解 算法如下:

第一步,给出任意一个正整数n(n>1).

第二步,若n=2,则输出“2是素数”,判断结束.

第三步,令m=1.

第四步,将m的值增加1,仍用m表示.

第五步,如果m≥n,则输出“n是素数”,判断结束.

第六步,判断m能否整除n,

①如果能整除,则输出“n不是素数”,判断结束;

②如果不能整除,则转第四步.

反思与感悟 设计一个具体问题的算法,通常按以下步骤

(1)认真分析问题,找出解决该问题的一般数学方法.

(2)借助有关变量或参数对算法加以表述.

(3)将解决问题的过程划分为若干步骤.

(4)用简练的语言将这个步骤表示出来.

跟踪训练4 判断一个大于2的整数是否为质数的算法步骤如何设计?

考点 算法的设计与应用

题点 循环型算法设计

解 第一步,给定大于2的整数n.

第二步,令i=2.

第三步,用i除n,得到余数r.

第四步,判断“r=0”是否成立.若是,则n不是质数,结束算法;否则,将i的值增加1,仍用i表示.

第五步,判断“i>(n-1)”是否成立.若是,则n是质数,结束算法;否则,返回第三步.

1.下列关于算法的说法正确的是(  )

A.一个算法的步骤是可逆的

B.描述算法可以有不同的方式

C.算法可以看成是按照要求设计好的、有限的、确切的计算序列,并且这样的步骤或序列只能解决当前问题

D.算法只能用一种方式显示

考点 算法的概念

题点 算法概念的辨析

答案 B

解析 由算法的定义知A,C,D错.

2.计算下列各式中S的值,能设计算法求解的是(  )

①S=

+…+

②S=

+…+

+…;

③S=

+…+

(n≥1,n∈N*).

A.①②B.①③C.②③D.①②③

考点 算法的特点

题点 判断问题是否可以设计算法求解

答案 B

解析 由算法的有限性知②不能设计算法求解,①③都能通过有限步输出确定结果.

3.已知直角三角形两直角边长为a,b,求斜边长c的一个算法分下列三步:

(1)计算c=

(2)输入直角三角形两直角边长a,b的值;

(3)输出斜边长c的值.

其中正确的顺序是________.

考点 算法的特点

题点 具体问题的算法设计

答案 

(2)

(1)(3)

解析 算法的步骤是有先后顺序的,第一步是输入,最后一步是输出,中间的步骤是赋值、计算.

4.下面是解决一个问题的算法:

第一步:

输入x.

第二步:

若x≥4,转到第三步;否则转到第四步.

第三步:

输出2x-1.

第四步:

输出x2-2x+3.

当输入x的值为________时,输出的数值最小值为________.

考点 算法的特点

题点 数值型的算法设计

答案 1 2

解析 所给算法解决的问题是求分段函数f(x)=

的函数值问题,当x≥4时,f(x)=2x-1≥2×4-1=7;当x<4时,f(x)=x2-2x+3=(x-1)2+2≥2,所以f(x)min=2,此时x=1.即输入x的值为1时,输出的数值最小,最小值为2.

5.写出解二元一次方程组

的算法.

考点 算法的设计与应用

题点 解方程组的算法设计

解 第一步,①+2×②得7x=1.③

第二步,解③得x=

.

第三步,②×3-①×2得7y=5.④

第四步,解④得y=

.

第五步,得到方程组的解为

1.算法的特点:

有限性、确定性、逻辑性、普遍性、不唯一性.

2.算法设计的要求:

(1)写出的算法必须能够解决一类问题(如判断一个整数是否为质数,求任意一个方程的近似解等),并且能够重复使用.

(2)要使算法尽量简单,步骤尽量少.

(3)要保证算法正确,且算法步骤能够一步一步执行,每步执行的操作必须确切,不能含混不清,而且在有限步后能得到结果.

一、选择题

1.下列可以看成算法的是(  )

A.学习数学时,课前预习,课上认真听讲并记好笔记,课下先复习再做作业,之后做适当的练习题

B.今天餐厅的饭真好吃

C.这道数学题难做

D.方程2x2-x+1=0无实数根

考点 算法的概念

题点 算法概念的辨析

答案 A

解析 A是学习数学的一个步骤,所以是算法.

2.在用二分法求方程零点的算法中,下列说法正确的是(  )

A.这个算法可以求所有的零点

B.这个算法可以求任何方程的零点

C.这个算法能求所有零点的近似解

D.这个算法可以求变号零点的近似解

考点 算法的特点

题点 判断问题是否可以设计算法求解

答案 D

解析 二分法的理论依据是函数的零点存在性定理.它解决的是求变号零点的问题,并不能求所有零点的近似值.

3.有蓝、黑两个墨水瓶,但现在却错把蓝墨水装在了黑墨水瓶中,黑墨水错装在了蓝墨水瓶中,要求将其互换,现有空墨水瓶若干,解决这一问题最少需要的步骤数为(  )

A.2B.3C.4D.5

考点 算法的设计与应用

题点 应用问题的算法设计

答案 B

解析 第一步,将蓝墨水装到一个空墨水瓶中;第二步,将黑墨水装到黑墨水瓶中;第三步,将蓝墨水装到蓝墨水瓶中,这样就解决了这个问题,故选B.

4.早上从起床到出门需要洗脸刷牙(5min)、刷水壶(2min)、烧水(8min)、泡面(3min)、吃饭(10min)、听广播(8min)几个过程.下列选项中最好的一种算法是(  )

A.第一步,洗脸刷牙.第二步,刷水壶.第三步,烧水.第四步,泡面.第五步,吃饭.第六步,听广播

B.第一步,刷水壶.第二步,烧水同时洗脸刷牙.第三步,泡面.第四步,吃饭.第五步,听广播

C.第一步,刷水壶.第二步,烧水同时洗脸刷牙.第三步,泡面.第四步,吃饭同时听广播

D.第一步,吃饭同时听广播.第二步,泡面.第三步,烧水同时洗脸刷牙.第四步,刷水壶

考点 算法的设计与应用

题点 应用问题的算法设计

答案 C

解析 最好算法的标准是方便、省时、省力.

A中共需5+2+8+3+10+8=36(min),

B中共需2+8+3+10+8=31(min),

C中共需2+8+3+10=23(min),

D中共需10+3+8+2=23(min),但算法步骤不合理,最好的算法为C.

5.对于求18的正因数,给出下列两种算法:

算法1:

第一步,1是18的正因数,将1列出.

第二步,2是18的正因数,将2列出.

第三步,3是18的正因数,将3列出.

第四步,4不是18的正因数,将4剔除.

……

第十八步,18是18的正因数,将18列出.

算法2:

第一步,18=2×9.

第二步,18=2×32.

第三步,列出所有的正因数1,2,3,32,2×3,2×32.

则这两个算法(  )

A.都正确

B.算法1正确,算法2不正确

C.算法1不正确,算法2正确

D.都不正确

考点 算法的设计与应用

题点 数值型算法设计

答案 A

解析 算法1是用1~18的整数逐一验证,得出正因数.算法2是利用因数分解得到18的正因数.两种算法都正确.故选A.

6.下列各式中T的值不能用算法求解的是(  )

A.T=12+22+32+42+…+1002

B.T=

+…+

C.T=1+2+3+4+5+…

D.T=1-2+3-4+5-6+…+99-100

考点 算法的特点

题点 判断问题是否可以设计算法求解

答案 C

解析 根据算法的有限性知C不能用算法求解.

7.一个算法步骤如下:

第一步,S取值0,i取值1.

第二步,若i≤9,则执行第三步;否则,执行第六步.

第三步,计算S+i并用结果代替S.

第四步,用i+2的值代替i.

第五步,转去执行第二步.

第六步,输出S.

运行以上算法,则输出的结果S等于(  )

A.16B.25

C.36D.以上均不对

考点 算法的设计与应用

题点 循环型算法设计

答案 B

解析 解本题关键是读懂算法,本题中的算法功能是求S=1+3+5+7+9=25.

8.对于算法:

第一步,输入n.

第二步,判断n是否等于2,若n=2,则n满足条件;若n>2,则执行第三步.

第三步,依次从2到(n-1)检验能不能被n整除,若不能被n整除,则执行第四步;若能整除n,则结束算法.

第四步,输出n.

满足条件的n是(  )

A.质数B.奇数

C.偶数D.约数

考点 算法的设计与应用

题点 循环型算法设计

答案 A

解析 此题首先要理解质数,只能被1和自身整除的大于1的整数叫质数.2是最小的质数,这个算法通过对2到(n-1)一一验证,看是否有其他约数,来判断其是否为质数.

9.结合下面的算法:

第一步,输入x.

第二步,判断x是否小于0,若是,则输出x+2,否则执行第三步.

第三步,输出x-1.

当输入的x的值为-1,0,1时,输出的结果分别为(  )

A.-1,0,1B.-1,1,0

C.1,-1,0D.0,-1,1

考点 算法的概念

题点 算法功能的判断与结果的求解

答案 C

解析 依据算法可知,当x=-1时,满足x<0,则输出x+2=-1+2=1;当x=0时,不满足x<0,则输出x-1=0-1=-1;当x=1时,不满足x<0,则输出x-1=1-1=0.故选C.

二、填空题

10.下面给出了解决问题的算法:

第一步:

输入x.

第二步:

若x≤1,则y=2x-1,否则y=x2+3.

第三步:

输出y.

(1)这个算法解决的问题是________;

(2)当输入的x值为________时,输入值与输出值相等.

答案 

(1)求分段函数y=

的函数值 

(2)1

11.以下是解二元一次方程组

的一个算法,请将该算法补充完整.

第一步,①②两式相加得3x+9=0.③

第二步,由③式可得________.④

第三步,将④式代入①式得y=0.

第四步,输出方程组的解为________.

考点 算法的设计与应用

题点 解方程组的算法设计

答案 x=-3 

解析 该算法的流程实质是解二元一次方程组的过程,由消元法易得.

12.下面是求15和18的最小公倍数的算法,其中不恰当的一步是________.

第一步,先将15分解素因数:

15=3×5.

第二步,然后将18分解素因数:

18=32×2.

第三步,确定它们的所有素因数:

2,3,5.

第四步,计算出它们的最小公倍数:

2×3×5=30.

考点 算法的特点

题点 具体问题的算法设计

答案 第四步

解析 素因数2,3,5的最高指数是1,2,1,算出它们的最小公倍数为2×32×5=90.

三、解答题

13.某商场举办优惠促销活动.若购物金额在800元以上(不含800元),打7折;若购物金额在400元以上(不含400元),800元以下(含800元),打8折;否则,不打折.请为商场收银员设计一个算法,要求输入购物金额x,输出实际交款额y.

考点 算法的设计与应用

题点 应用问题的算法设计

解 算法步骤如下:

第一步,输入购物金额x(x>0).

第二步,判断“x>800”是否成立,若是,则y=0.7x,转第四步;否则,执行第三步.

第三步,判断“x>400”是否成立,若是,则y=0.8x,转第四步;否则,y=x.

第四步,输出y,结束算法.

四、探究与拓展

14.如图所示,汉诺塔问题是指有3根杆子A,B,C,杆子上有若干碟子,把所有的碟子从B杆移动到A杆上,每次只能移动一个碟子,大的碟子不能叠在小的碟子上面.把B杆上的3个碟子全部移动到A杆上,最少需要移动的次数是________.

考点 算法的设计与应用

题点 应用问题的算法设计

答案 7

解析 直接进行分析,将最小的碟子命名为①,中间的

碟子命名为②,最大的碟子命名为③,进行如下移动:

①→A,②→C,①→C,③→A,①→B,②→A,①→A,此时按要求全部放好,移动7次.

15.给出下列算法:

第一步,输入x的值.

第二步,当x>4时,计算y=x+2;否则执行下一步.

第三步,计算y=

.

第四步,输出y.

当输入x=0时,输出y=________.

考点 算法的特点

题点 具体问题的算法设计

答案 2

解析 0<4,执行第三步,y=

=2.

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