高中数学第一章算法初步13算法案例教学案新人教A版必修3.docx

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高中数学第一章算法初步13算法案例教学案新人教A版必修3

2021年高中数学第一章算法初步1.3算法案例教学案新人教A版必修3

预习课本P34~45,思考并完成以下问题

(1)如何求a,b,c的最大公约数?

 

 

(2)如何求两个数的最小公倍数?

 

    

1.辗转相除法

(1)辗转相除法,又叫欧几里得算法,是一种求两个正整数的最大公约数的古老而有效的算法.

(2)辗转相除法的算法步骤:

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.

2.更相减损术

(1)更相减损术是我国古代数学专著《九章算术》中介绍的一种求两个正整数的最大公约数的算法.

(2)其基本过程是:

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.

[点睛] 

辗转相除法与更相减损术的区别与联系

两种方法

辗转相除法

更相减损术

计算法则

除法

减法

终止条件

余数为0

减数与差相等

最大公约数的选取

最后一步中的除数

最后一步中的减数

计算特点

步骤较少,运算复杂

步骤较多,运算简单

相同点

同为求两个正整数最大公约数的方法,都是递归过程

3.秦九韶算法

把一个n次多项式f(x)=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0改写成如下形式:

f(x)=(…((anx+an-1)x+an-2)x+…+a1)x+a0.求多项式的值时,首先计算最内层括号内一次多项式的值,即v1=anx+an-1,然后由内向外逐层计算一次多项式的值,即v2=v1x+an-2,v3=v2x+an-3,…,vn=vn-1x+a0,这种求n次多项式f(x)的值的方法叫秦九韶算法.

1.用更相减损术求98与63的最大公约数时,需做减法的次数为(  )

A.4           B.5

C.6D.7

解析:

选C (98,63)→(35,63)→(35,28)→(7,28)→(7,21)→(7,14)→(7,7),∴共进行6次减法.

2.用“辗转相除法”求得168与486的最大公约数是(  )

A.3B.4

C.6D.16

解析:

选C 486=168×2+150,168=150×1+18,150=18×8+6,18=3×6,故168与486的最大公约数为6.

3.有关辗转相除法下列说法正确的是(  )

A.它和更相减损之术一样是求多项式值的一种方法

B.基本步骤是用较大的数m除以较小的数n得到除式m=nq+r,直至r

C.基本步骤是用较大的数m除以较小的数n得到除式m=nq+r(0≤r

D.以上说法皆错

解析:

选C 辗转相除法和更相减损之术都是求最大公约数的方法,故A错,而C中0≤r

4.已知多项式f(x)=4x5+3x4+2x3-x2-x-

,用秦九韶算法求f(-2)等于(  )

A.-

B.

C.

D.-

解析:

选A ∵f(x)=((((4x+3)x+2)x-1)x-1)x-

,∴f(-2)=-

.

求最大公约数

[典例] 求228与1995的最大公约数.

[解] 法一:

(辗转相除法)1995=8×228+171,228=1×171+57,171=3×57,

所以228与1995的最大公约数为57.

法二:

(更相减损术)1995-228=1767,1767-228=1539,

1539-228=1311,1311-228=1083,

1083-228=855,855-228=627,

627-228=399,399-228=171,

228-171=57,171-57=114,

114-57=57.

所以228与1995的最大公约数为57.

辗转相除法计算次数少,步骤简捷,更相减损术计算次数多,步骤复杂,但是更相减损术每一步的计算都是减法,比做除法运算要简单一些,一般当数较小时可以考虑用更相减损术,当数较大时可以考虑用辗转相除法.

[活学活用]

用辗转相除法和更相减损术求1515与600的最大公约数,需要运算的次数分别为(  )

A.4,15         B.5,14

C.5,13D.4,12

解析:

选B 辗转相除法:

1515=600×2+315;600=315×1+285,315=285×1+30,285=30×9+15,30=15×2,故最大公约数为15,且需计算5次.用更相减损术:

1515-600=915,915-600=315,600-315=285,315-285=30,285-30=255,255-30=225,225-30=195,195-30=165,165-30=135,135-30=105,105-30=75,75-30=45,45-30=15,30-15=15.故最大公约数为15,且需计算14次.

秦九韶算法的应用

[典例] 用秦九韶算法求多项式f(x)=8x7+5x6+3x4+2x+1,当x=2时的值.

[解] 根据秦九韶算法,把多项式改写成如下形式:

f(x)=8x7+5x6+0·x5+3·x4+0·x3+0·x2+2x+1=((((((8x+5)x+0)x+3)x+0)x+0)x+2)x+1.

而x=2,所以有

v0=8,

v1=8×2+5=21,

v2=21×2+0=42,

v3=42×2+3=87,

v4=87×2+0=174,

v5=174×2+0=348,

v6=348×2+2=698,

v7=698×2+1=1397.

所以当x=2时,多项式的值为1397.

应用秦九韶算法计算多项式的值应注意的3个问题

(1)要正确将多项式的形式进行改写.

(2)计算应由内向外依次计算.

(3)当多项式函数中间出现空项时,要以系数为零的齐次项补充.

[活学活用]

用秦九韶算法写出当x=3时,f(x)=2x5-4x3+3x2-5x+1的值.

解:

因为f(x)=((((2x+0)x-4)x+3)x-5)x+1,

v0=2,v1=2×3+0=6,v2=6×3-4=14,v3=14×3+3=45,v4=45×3-5=130,v5=130×3+1=391,

所以f(3)=391.

进位制

[典例] 

(1)把二进制数101101

(2)化为十进制数为________.

(2)将十进制数458转化为四进制数为________.

(3)比较85(9)和210(6)的大小.

[解析] 

(1)101101

(2)=1×25+0×24+1×23+1×22+0×21+1×20=32+8+4+1=45,

所以二进制数101101

(2)转化为十进制的数为45.

(2)

所以458=13022(4).

答案:

(1)45 

(2)13022(4)

(3)解:

因为85(9)=5+8×9=77,

210(6)=0+1×6+2×62=78,

而78>77,所以210(6)>85(9).

十进制数转化为其他进制数的方法步骤

[活学活用]

(1)将101111011

(2)转化为十进制的数;

(2)将235(7)转化为十进制的数;

(3)将137(10)转化为六进制的数;

(4)将53(8)转化为二进制的数.

解:

(1)101111011

(2)=1×28+0×27+1×26+1×25+1×24+1×23+0×22+1×21+1×20=379(10).

(2)235(7)=2×72+3×71+5×70=124(10).

(3)

∴137(10)=345(6).

(4)53(8)=5×81+3×80=43(10).

∴53(8)=101011

(2).

[层级一 学业水平达标]

1.用辗转相除法求294和84的最大公约数时,需要做除法运算的次数是(  )

A.1           B.2

C.3D.4

解析:

选B 294=84×3+42,84=42×2,故需要做2次除法运算.

2.三位四进制数中的最大数等于十进制数的(  )

A.63B.83

C.189D.252

解析:

选A 三位四进制数中的最大数为333(4),则333(4)=3×42+3×41+3=63.

3.把389化为四进制数,则该数的末位是(  )

A.1B.2

C.3D.4

解析:

选A 由389=4×97+1,97=4×24+1,24=4×6+0,6=4×1+2,1=4×0+1,389化为四进制数的末位是第一个除法代数式中的余数1.

4.在对16和12求最大公约数时,整个操作如下:

16-12=4,12-4=8,8-4=4.由此可以看出12和16的最大公约数是(  )

A.4B.12

C.16D.8

解析:

选A 根据更相减损术的方法判断.

[层级二 应试能力达标]

1.4830与3289的最大公约数为(  )

A.23          B.35

C.11D.13

解析:

选A 4830=1×3289+1541;

3289=2×1541+207;

1541=7×207+92;

207=2×92+23;92=4×23;

∴23是4830与3289的最大公约数.

2.用辗转相除法求72与120的最大公约数时,需要做除法次数为(  )

A.4B.3

C.5D.6

解析:

选B 120=72×1+48,

72=48×1+24,

48=24×2.

3.用更相减损术求459与357的最大公约数,需要做减法的次数为(  )

A.4B.5

C.6D.7

解析:

选B 459-357=102,357-102=255,255-102=153,153-102=51,102-51=51,所以459与357的最大公约数为51,共做减法5次.

4.下列各数,化为十进制后,最大的为(  )

A.101010

(2)B.111(5)

C.32(8)D.54(6)

解析:

选A 101010

(2)=1×25+0×24+1×23+0×22+1×21+0×20=42,111(5)=1×52+1×51+1×50=31,32(8)=3×81+2×80=26,54(6)=5×61+4×60=34.

故转化为十进制后,最大的是101010

(2).

5.阅读程序框图,利用秦九韶算法计算多项式f(x)=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0,当x=x0时,框图中A处应填入________.

解析:

f(x)=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0,先用秦九韶算法改为一次多项式,

f(x)=(…((anx+an-1)x+an-2)x+…+a1)x+a0.

f1=an;k=1,f2=f1x0+an-1;

k=2,f3=f2x0+an-2;…;

归纳得第k次fk+1=fkx0+an-k.故A处应填an-k.

答案:

an-k

6.三进制数2012(3)化为六进制数为abc(6),则a+b+c=________.

解析:

2012(3)=2×33+0×32+1×31+2×30=59.

三进制数2012(3)化为六进制数为135(6),∴a+b+c=9.

答案:

9

7.三位七进制数表示的最大的十进制数是________.

解析:

最大的三位七进制数表示的十进制数最大,最大的三位七进制数为666(7),则666(7)=6×72+6×71+6×70=342.

答案:

342

8.10x1

(2)=y02(3),求数字x,y的值.

解:

∵10x1

(2)=1×20+x×21+0×22+1×23=9+2x,

y02(3)=2×30+y×32=9y+2,∴9+2x=9y+2且x∈

,y∈

,所以x=1,y=1.

9.用秦九韶算法计算多项式f(x)=x6-12x5+60x4-160x3+240x2-192x+64,当x=2时的值.

解:

将f(x)改写为f(x)=(((((x-12)x+60)x-160)x+240)x-192)x+64,v0=1,v1=1×2-12=-10,v2=-10×2+60=40,v3=40×2-160=-80,v4=-80×2+240=80,v5=80×2-192=-32,v6=-32×2+64=0.所以f

(2)=0,即x=2时,原多项式的值为0.

(时间120分钟,满分150分)

一、选择题(本大题共12小题,每小题5分,共60分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)

1.下列关于赋值语句的说法错误的是(  )

A.赋值语句先计算出赋值号右边的表达式的值

B.赋值语句是把左边变量的值赋给赋值号右边的表达式

C.赋值语句是把右边表达式的值赋给赋值号左边的变量

D.在算法语句中,赋值语句是最基本的语句

解析:

选B 赋值语句的一般格式是:

变量名=表达式,其作用是把右边表达式的值赋给赋值号左边的变量,故B错误.

2.阅读如图所示的程序框图,下列说法正确的是(  )

A.该框图只含有顺序结构、条件结构

B.该框图只含有顺序结构、循环结构

C.该框图只含有条件结构、循环结构

D.该框图包含顺序结构、条件结构、循环结构

解析:

选D 阅读程序框图,可知该程序框图含有顺序结构、循环结构、条件结构,故选D.

3.求下列函数的函数值时,其程序框图中需要用到条件结构的是(  )

A.f(x)=-2x2+x    B.f(x)=-2x-5

C.f(x)=

D.f(x)=1-5x

解析:

选C 只有选项C中函数f(x)是分段函数,需分类讨论x的取值范围,要用条件结构来设计程序框图,A、B、D项均不需要用条件结构,故选C.

4.如果输入A=2015,B=2016,则下面一段程序的输出结果是(  )

A.2016,2015B.2015,2015

C.2015,2016D.2016,2016

解析:

选D 输入A=2015,B=2016后,经过两个赋值语句,使得A,B中的值都为2016.故选D.

5.运行如图所示的程序,其结果为(  )

A.192B.3840

C.384D.1920

解析:

选C 程序的功能为计算8×6×4×2的值,易知为384,故选C.

6.若运行如图所示的程序,最后输出y的值是7,那么应该输入的t的值可以为(  )

A.-3B.3

C.3或-3D.3或-3或5

解析:

选D 程序中的函数为一个分段函数y=

若输出7,则

解得t的值为3或-3或5,故选D.

7.阅读如图所示的程序框图,运行相应的程序,则输出n的值为(  )

A.7B.6

C.5D.4

解析:

选B 第一次运行:

S=0+(-1)1×1=-1<3;第二次运行:

n=2,S=-1+(-1)2×2=1<3;第三次运行:

n=3,S=1+(-1)3×3=-2<3;第四次运行:

n=4,S=-2+(-1)4×4=2<3;第五次运行:

n=5,S=2+(-1)5×5=-3<3;第六次运行:

n=6,S=-3+(-1)6×6=3,满足S≥3.故输出n的值为6,故选B.

8.阅读如图所示的程序框图,运行相应的程序,若输出的结果是4,则程序框图中的处理框“①”处应填写的是(  )

A.n=n-1B.n=n-2

C.n=n+1D.n=n+2

解析:

选C 因为起始n=1,输出的n=4,所以排除A、B.若“①”处填n=n+1.则S=

=-1,n=2,判断-1≠2,继续循环;S=

,n=3,判断

≠2,继续循环;S=

=2,n=4,判断2=2,则输出n的值为4,故选C.

9.执行如图所示的程序框图,若输出S=

,则输入整数n=(  )

A.8B.9

C.10D.8或9

解析:

选D 在条件成立的情况下,执行第一次循环后,S=

,i=4;执行第二次循环后,S=

,i=6;执行第三次循环后,S=

,i=8;执行第四次循环后,S=

,i=10.若n=8或n=9,此时10≤n不成立,退出循环,输出S=

,因此n=8或n=9,故选D.

10.用秦九韶算法计算多项式f(x)=3x6+4x5+5x4+6x3+7x2+8x+1当x=0.4时的值时,需要做乘法和加法的次数分别是(  )

A.6,6B.5,6

C.5,5D.6,5

解析:

选A 由f(x)=(((((3x+4)x+5)x+6)x+7)x+8)x+1可以得知答案选A.

11.用秦九韶算法求多项式f(x)=12+35x-8x2+79x3+6x4+5x5+3x6的值,当x=-4时,v4的值为(  )

A.-57B.124

C.-845D.220

解析:

选D 依据秦九韶算法有v0=a6=3,v1=v0x+a5=3×(-4)+5=-7,v2=v1x+a4=-7×(-4)+6=34,v3=v2x+a3=34×(-4)+79=-57,v4=v3x+a2=-57×(-4)+(-8)=220,故选D.

12.下列各数中最小的数为(  )

A.101011

(2)B.1210(3)

C.110(8)D.68(12)

解析:

选A 101011

(2)=1×25+1×23+1×2+1=43,1210(3)=1×33+2×32+1×3=48,110(8)=1×82+1×8=72,68(12)=6×12+8=80,故选A.

二、填空题(本大题共4小题,每小题5分,共20分)

13.如图程序中,要求从键盘输入n,求1+2+3+…+n的和,则横线上缺的程序项是①________,②________.

解析:

程序应先输入一个n的值,

确定要计算前多少项的和,

②处应确定计数变量i满足的条件,

即确定终止条件.

答案:

n i<=n

14.执行如图所示的框图所表达的算法,如果最后输出的S值为

,那么判断框中实数a的取值范围是________.

解析:

当1≤a<2时,输出的S值为

当2≤a<3时,输出的S值为

当3≤a<4时,输出的S值为

;…;

当2015≤a<2016时,

输出的S值为

.

答案:

[2015,2016)

15.如图是计算1+2+

+3+

+…+2014+

的值的程序框图.图中空白的判断框应填________,处理框应填________.

解析:

读懂程序框图后,即可知判断框内要填“i≤2014?

”或“i<2015?

”,处理框内要填“S=S+i+

”.

答案:

i≤2014?

(或i<2015?

) S=S+i+

16.用更相减损术求36与134的最大公约数时,第一步应为________________________.

解析:

∵36与134都是偶数,

∴第一步应为:

先除以2,得到18与67.

答案:

先除以2,得到18与67

三、解答题(本大题共6小题,共70分.解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤)

17.(本小题满分10分)写出用辗转相除法求下列两组数的最大公约数的过程:

(1)8251与6105;

(2)6731与2809.

解:

(1)8251=6105×1+2146;

6105=2146×2+1813;

2146=1813×1+333;

1813=333×5+148;

333=148×2+37;

148=37×4.

∴最后的除数37就是8251和6105的最大公约数.

(2)6731=2809×2+1113;

2809=1113×2+583;

1113=583×1+530;

583=530×1+53;

530=53×10.

∴6731与2809的最大公约数为53.

18.(本小题满分12分)写出下面程序运行的过程,并写出运行结果.

解:

运行过程如下:

i=1,S=0时,执行S=0+1=1,i=2;

由于S=1≤20,因此继续执行S=1+2=3,i=3;

由于S=3≤20,因此继续执行S=3+3=6,i=4;

由于S=6≤20,因此继续执行S=6+4=10,i=5;

由于S=10≤20,因此继续执行S=10+5=15,i=6;

由于S=15≤20,因此继续执行S=15+6=21,i=7;

这时S=21>20,结束循环,执行WEND后面的语句,因此程序的运行结果为7.

19.(本小题满分12分)用秦九韶算法求f(x)=3x5+8x4-3x3+5x2+12x-6当x=2时的值.

解:

根据秦九韶算法,把多项式改写成如下形式:

f(x)=((((3x+8)x-3)x+5)x+12)x-6,按照从内到外的顺序,依次计算一次多项式当x=2时的值.

v0=3,

v1=v0×2+8=3×2+8=14,

v2=v1×2-3=14×2-3=25,

v3=v2×2+5=25×2+5=55,

v4=v3×2+12=55×2+12=122,

v5=v4×2-6=122×2-6=238,

所以当x=2时,多项式的f(x)值为238.

20.(本小题满分12分)如图所示,在边长为4的正方形ABCD的边上有一点P,沿着边线BCDA由点B(起点)向点A(终点)运动.设点P运动的路程为x,△APB的面积为y,求y与x之间的函数关系式并画出程序框图.

解:

函数关系式为

y=

程序框图如图所示:

21.(本小题满分12分)用二分法求f(x)=x2-2(x>0)近似零点的程序框图如下图所示.

(1)请在图中判断框内填上合适的语句,使之能完成该题算法功能;

(2)根据程序框图写出程序.

解:

(1)判断框内应填循环终止的条件:

|a-b|

.

(2)根据框图,设计程序如下:

22.(本小题满分12分)某商场第一年销售计算机6000台,如果以后每年销售比上一年增加12%,那么从第一年起,大约经过几年可使总销量达到150000台?

画出解决此问题的程序框图,并写出程序.

解:

程序框图如图所示:

程序如下:

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