高中数学《13算法案例》教案1新人教A版必修3.docx

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高中数学《13算法案例》教案1新人教A版必修3

2019-2020年高中数学《1.3算法案例》教案1新人教A版必修3

教学分析

在学生学习了算法的初步知识，理解了表示算法的算法步骤、程序框图和程序三种不同方式以后，再结合典型算法案例，让学生经历设计算法解决问题的全过程，体验算法在解决问题中的重要作用，体会算法的基本思想，提高逻辑思维能力，发展有条理地思考与数学表达能力.

三维目标

1．理解算法案例的算法步骤和程序框图.

2．引导学生得出自己设计的算法程序.

3.体会算法的基本思想，提高逻辑思维能力，发展有条理地思考与数学表达能力.

重点难点

教学重点：

引导学生得出自己设计的算法步骤、程序框图和算法程序.

教学难点：

体会算法的基本思想，提高逻辑思维能力，发展有条理地思考与数学表达能力.

课时安排

3课时

教学过程

第1课时案例1辗转相除法与更相减损术

导入新课

思路1（情境导入）

大家喜欢打乒乓球吧，由于东、西方文化及身体条件的不同，西方人喜欢横握拍打球，东方人喜欢直握拍打球，对于同一个问题，东、西方人处理问题方式是有所不同的.在小学，我们学过求两个正整数的最大公约数的方法：

先用两个数公有的质因数连续去除，一直除到所得的商是互质数为止，然后把所有的除数连乘起来.当两个数公有的质因数较大时（如8251与6105），使用上述方法求最大公约数就比较困难.下面我们介绍两种不同的算法——辗转相除法与更相减损术,由此可以体会东、西方文化的差异.

思路2（直接导入）

前面我们学习了算法步骤、程序框图和算法语句.今天我们将通过辗转相除法与更相减损术来进一步体会算法的思想.

推进新课

新知探究

提出问题

（1）怎样用短除法求最大公约数？

（2）怎样用穷举法（也叫枚举法）求最大公约数？

（3）怎样用辗转相除法求最大公约数？

（4）怎样用更相减损术求最大公约数？

讨论结果：

（1）短除法

求两个正整数的最大公约数的步骤：

先用两个数公有的质因数连续去除，一直除到所得的商是两个互质数为止，然后把所有的除数连乘起来.

（2）穷举法（也叫枚举法）

穷举法求两个正整数的最大公约数的解题步骤：

从两个数中较小数开始由大到小列举，直到找到公约数立即中断列举，得到的公约数便是最大公约数.

（3）辗转相除法

辗转相除法求两个数的最大公约数，其算法步骤可以描述如下：

第一步，给定两个正整数m，n.

第二步，求余数r：

计算m除以n，将所得余数存放到变量r中.

第三步，更新被除数和余数：

m=n，n=r.

第四步，判断余数r是否为0.若余数为0，则输出结果；否则转向第二步继续循环执行.

如此循环，直到得到结果为止.这种算法是由欧几里得在公元前300年左右首先提出的，因而又叫欧几里得算法.

（4）更相减损术

我国早期也有解决求最大公约数问题的算法，就是更相减损术.《九章算术》是中国古代的数学专著，其中的“更相减损术”也可以用来求两个数的最大公约数，即“可半者半之，不可半者，副置分母、子之数，以少减多，更相减损，求其等也.以等数约之.”翻译为现代语言如下：

第一步，任意给定两个正整数，判断它们是否都是偶数，若是，用2约简；若不是，执行第二步.

第二步，以较大的数减去较小的数，接着把所得的差与较小的数比较，并以大数减小数，继续这个操作，直到所得的数相等为止，则这个数（等数）或这个数与约简的数的乘积就是所求的最大公约数.

应用示例

例1用辗转相除法求8251与6105的最大公约数,写出算法分析，画出程序框图，写出算法程序.

解：

用两数中较大的数除以较小的数，求得商和余数：

8251=6105×1+2146.

由此可得，6105与2146的公约数也是8251与6105的公约数，反过来，8251与6105的公约数也是6105与2146的公约数，所以它们的最大公约数相等.

对6105与2146重复上述步骤：

6105=2146×2+1813.

同理，2146与1813的最大公约数也是6105与2146的最大公约数.继续重复上述步骤：

2146=1813×1+333，

1813=333×5+148，

333=148×2+37，

148=37×4.

最后的除数37是148和37的最大公约数，也就是8251与6105的最大公约数.

这就是辗转相除法.由除法的性质可以知道，对于任意两个正整数，上述除法步骤总可以在有限步之后完成，从而总可以用辗转相除法求出两个正整数的最大公约数.

算法分析：

从上面的例子可以看出，辗转相除法中包含重复操作的步骤，因此可以用循环结构来构造算法.

算法步骤如下：

第一步，给定两个正整数m，n.

第二步，计算m除以n所得的余数为r.

第三步，m=n，n=r.

第四步，若r=0，则m，n的最大公约数等于m；否则，返回第二步.

程序框图如下图：

程序：

INPUTm,n

DO

r=mMODn

m=n

n=r

LOOPUNTILr=0

PRINTm

END

点评：

从教学实践看，有些学生不能理解算法中的转化过程，例如：

求8251与6105的最大公约数,为什么可以转化为求6105与2146的公约数.因为8251=6105×1+2146，

可以化为8251-6105×1=2164，所以公约数能够整除等式两边的数，即6105与2146的公约数也是8251与6105的公约数.

变式训练

你能用当型循环结构构造算法，求两个正整数的最大公约数吗？

试画出程序框图和程序.

解：

当型循环结构的程序框图如下图：

程序：

INPUTm，n

r=1

WHILEr＞0

r=mMODn

m=n

n=r

WEND

PRINTm

END

例2用更相减损术求98与63的最大公约数.

解：

由于63不是偶数，把98和63以大数减小数，并辗转相减，如下图所示.

98-63=35

63-35=28

35-28=7

28-7=21

21-7=14

14-7=7

所以，98和63的最大公约数等于7.

点评：

更相减损术与辗转相除法的比较：

尽管两种算法分别来源于东、西方古代数学名著，但是二者的算理却是相似的，有异曲同工之妙．主要区别在于辗转相除法进行的是除法运算，即辗转相除；而更相减损术进行的是减法运算，即辗转相减，但是实质都是一个不断的递归过程．

变式训练

用辗转相除法或者更相减损术求三个数324,243,135的最大公约数.

解：

324=243×1＋81，

243=81×3＋0，

则324与243的最大公约数为81.

又135=81×1＋54，81=54×1＋27，

54=27×2＋0，

则81与135的最大公约数为27.

所以,三个数324、243、135的最大公约数为27.

另法：

324－243=81,243－81=162,162－81=81，则324与243的最大公约数为81.

135－81=54,81－54=27,54－27=27，则81与135的最大公约数为27.

所以，三个数324、243.135的最大公约数为27.

例3

（1）用辗转相除法求123和48的最大公约数.

（2）用更相减损术求80和36的最大公约数.

解：

（1）辗转相除法求最大公约数的过程如下：

123＝2×48＋27，

48＝1×27＋21，

27＝1×21＋6，

21＝3×6＋3，

6＝2×3+0，

最后6能被3整除，得123和48的最大公约数为3.

（2）我们将80作为大数，36作为小数，因为80和36都是偶数，要除公因数2.

80÷2=40，36÷2=18.

40和18都是偶数，要除公因数2.

40÷2=20，18÷2=9.

下面来求20与9的最大公约数，

20－9=11，

11－9=2，

9－2=7，

7－2=5，

5－2=3，

3－2=1，

2－1=1，

可得80和36的最大公约数为22×1=4.

点评：

对比两种方法控制好算法的结束，辗转相除法是到达余数为0，更相减损术是到达减数和差相等.

变式训练

分别用辗转相除法和更相减损术求1734，816的最大公约数．

解：

辗转相除法：

1734=816×2+102，816=102×8（余0），

∴1734与816的最大公约数是102．

更相减损术：

因为两数皆为偶数，首先除以2得到867，408，再求867与408的最大公约数．

867-408=459，

459-408=51，

408-51=357，

357-51=306，

306-51=255，

255-51=204，

204-51=153，

153-51=102，

102-51=51.

∴1734与816的最大公约数是51×2=102．

利用更相减损术可另解：

1734－816＝918，

918－816＝102，

816－102＝714，

714－102＝612，

612－102＝510，

510－102＝408，

408－102＝306，

306－102＝204，

204－102＝102.

∴1734与816的最大公约数是102．

知能训练

求319，377，116的最大公约数．

解：

377=319×1+58，

319=58×5+29，

58=29×2.

∴377与319的最大公约数为29，再求29与116的最大公约数．

116=29×4.

∴29与116的最大公约数为29.

∴377，319，116的最大公约数为29.

拓展提升

试写出利用更相减损术求两个正整数的最大公约数的程序．

解：

更相减损术程序：

INPUT“m，n=”；m，n

WHILEm<>n

IFm>nTHEN

ｍ＝m-n

ELSE

m=n-m

ENDIF

WEND

PRINTm

END

课堂小结

（1）用辗转相除法求最大公约数.

（2）用更相减损术求最大公约数.

思想方法：

递归思想.

作业

分别用辗转相除法和更相减损术求261，319的最大公约数.

分析：

本题主要考查辗转相除法和更相减损术及其应用．使用辗转相除法可依据m=nq+r，反复执行，直到r=0为止；用更相减损术就是根据m-n=r，反复执行，直到n=r为止．

解：

辗转相除法：

319=261×1+58,

261=58×4+29,

58=29×2.

∴319与261的最大公约数是29．

更相减损术：

319-261=58,

261-58=203,

203-58=145,

145-58=87,

87-58=29,

58-29=29,

∴319与261的最大公约数是29．

设计感想

数学不仅是一门科学，也是一种文化，本节的引入从东、西方文化的不同开始，逐步向学生渗透数学文化.从知识方面主要学习用两种方法求两个正整数的最大公约数，从思想方法方面，主要学习递归思想.本节设置精彩例题，不仅让学生学到知识，而且让学生进一步体会算法的思想，培养学生的爱国主义情操．

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导入新课

思路1（情境导入）

大家都喜欢吃苹果吧，我们吃苹果都是从外到里一口一口的吃，而虫子却是先钻到苹果里面从里到外一口一口的吃，由此看来处理同一个问题的方法多种多样.怎样求多项式f（x）=x5+x4+x3+x2+x+1当x=5时的值呢？

方法也是多种多样的，今天我们开始学习秦九韶算法.

思路2（直接导入）

前面我们学习了辗转相除法与更相减损术，今天我们开始学习秦九韶算法.

推进新课

新知探究

提出问题

（1）求多项式f（x）