算法的概念 教案 新人教版.docx
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算法的概念教案新人教版
算法的概念教案(新人教版必修3)
1.1.1算法的概念
一、教学目标:
1、知识与技能:
(1)了解算法的含义,体会算法的思想。
(2)能够用自然语言叙述算法。
(3)掌握正确的算法应满足的要求。
(4)会写出解线性方程(组)的算法。
(5)会写出一个求有限整数序列中的最大值的算法。
(6)会应用Scilab求解方程组。
2、过程与方法:
通过求解二元一次方程组,体会解方程的一般性步骤,从而得到一个解二元一次方程组的步骤,这些步骤就是算法,不同的问题有不同的算法。
由于思考问题的角度不同,同一个问题也可能有多个算法,能模仿求解二元一次方程组的步骤,写出一个求有限整数序列中的最大值的算法。
3、情感态度与价值观:
通过本节的学习,使我们对计算机的算法语言有一个基本的了解,明确算法的要求,认识到计算机是人类征服自然的一各有力工具,进一步提高探索、认识世界的能力。
二、重点与难点:
重点:
算法的含义、解二元一次方程组和判断一个数为质数的算法设计。
难点:
把自然语言转化为算法语言。
三、学法与教学用具:
学法:
1、写出的算法,必须能解决一类问题(如:
判断一个整数n(n1)是否为质数;求任意一个方程的近似解;......),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,且计算机能够执行,如:
让计算机计算1×2×3×4×5是可以做到的,但让计算机去执行"倒一杯水""替我理发"等则是做不到的。
教学用具:
电脑,计算器,图形计算器
四、教学设想:
1、创设情境:
算法作为一个名词,在中学教科书中并没有出现过,我们在基础教育阶段还没有接触算法概念。
但是我们却从小学就开始接触算法,熟悉许多问题的算法。
如,做四则运算要先乘除后加减,从里往外脱括弧,竖式笔算等都是算法,至于乘法口诀、珠算口诀更是算法的具体体现。
我们知道解一元二次方程的算法,求解一元一次不等式、一元二次不等式的算法,解线性方程组的算法,求两个数的最大公因数的算法等。
因此,算法其实是重要的数学对象。
2、探索研究
算法(algorithm)一词源于算术(algorism),即算术方法,是指一个由已知推求未知的运算过程。
后来,人们把它推广到一般,把进行某一工作的方法和步骤称为算法。
广义地说,算法就是做某一件事的步骤或程序。
菜谱是做菜肴的算法,洗衣机的使用说明书是操作洗衣机的算法,歌谱是一首歌曲的算法。
在数学中,主要研究计算机能实现的算法,即按照某种机械程序步骤一定可以得到结果的解决问题的程序。
比如解方程的算法、函数求值的算法、作图的算法,等等。
3、例题分析:
例1任意给定一个大于1的整数n,试设计一个程序或步骤对n是否为质数1做出判定。
算法分析:
根据质数的定义,很容易设计出下面的步骤:
第一步:
判断n是否等于2,若n=2,则n是质数;若n2,则执行第二步。
第二步:
依次从2至(n-1)检验是不是n的因数,即整除n的数,若有这样的数,则n不是质数;若没有这样的数,则n是质数。
这是判断一个大于1的整数n是否为质数的最基本算法。
例2用二分法设计一个求议程x2-2=0的近似根的算法。
算法分析:
回顾二分法解方程的过程,并假设所求近似根与准确解的差的绝对值不超过0.005,则不难设计出以下步骤:
第一步:
令f(x)=x2-2。
因为f
(1)0,f
(2)0,所以设x1=1,x2=2。
第二步:
令m=(x1+x2)/2,判断f(m)是否为0,若则,则m为所长;若否,则继续判断f(x1)·f(m)大于0还是小于0。
第三步:
若f(x1)·f(m)0,则令x1=m;否则,令x2=m。
第四步:
判断|x1-x2|0.005是否成立?
若是,则x1、x2之间的任意取值均为满足条件的近似根;若否,则返回第二步。
小结:
算法具有以下特性:
(1)有穷性;
(2)确定性;(3)顺序性;(4)不惟一性;(5)普遍性
典例剖析:
1、基本概念题
x-2y=-1,①
例3写出解二元一次方程组的算法
2x+y=1②
解:
第一步,②-①×2得5y=3;③
第二步,解③得y=3/5;
第三步,将y=3/5代入①,得x=1/5
学生做一做:
对于一般的二元一次方程组来说,上述步骤应该怎样进一步完善?
老师评一评:
本题的算法是由加减消元法求解的,这个算法也适合一般的二元一次方程组的解法。
下面写出求方程组的解的算法:
第一步:
②×A1-①×A2,得(A1B2-A2B1)y+A1C2-A2C1=0;③
第二步:
解③,得;
第三步:
将代入①,得。
此时我们得到了二元一次方程组的求解公式,利用此公司可得到倒2的另一个算法:
第一步:
取A1=1,B1=-2,C1=1,A2=2,B2=1,C2=-1;
第二步:
计算与
第三步:
输出运算结果。
可见利用上述算法,更加有利于上机执行与操作。
基础知识应用题
例4写出一个求有限整数列中的最大值的算法。
解:
算法如下。
S1先假定序列中的第一个整数为"最大值"。
S2将序列中的下一个整数值与"最大值"比较,如果它大于此"最大值",这时你就假定"最大值"是这个整数。
S3如果序列中还有其他整数,重复S2。
S4在序列中一直到没有可比的数为止,这时假定的"最大值"就是这个序列中的最大值。
学生做一做写出对任意3个整数a,b,c求出最大值的算法。
老师评一评在例2中我们是用自然语言来描述算法的,下面我们用数学语言来描述本题的算法。
S1max=a
S2如果bmax,则max=b.
S3如果Cmax,则max=c.
S4max就是a,b,c中的最大值。
综合应用题
例5写出求1+2+3+4+5+6的一个算法。
分析:
可以按逐一相加的程序进行,也可以利用公式1+2+...+n=进行,也可以根据加法运算律简化运算过程。
解:
算法1:
S1:
计算1+2得到3;
S2:
将第一步中的运算结果3与3相加得到6;
S3:
将第二步中的运算结果6与4相加得到10;
S4:
将第三步中的运算结果10与5相加得到15;
S5:
将第四步中的运算结果15与6相加得到21。
算法2:
S1:
取n=6;
S2:
计算;
S3:
输出运算结果。
算法3:
S1:
将原式变形为(1+6)+(2+5)+(3+4)=3×7;
S2:
计算3×7;
S3:
输出运算结果。
小结:
算法1是最原始的方法,最为繁琐,步骤较多,当加数较大时,比如1+2+3+...+10000,再用这种方法是行不通的;算法2与算法3都是比较简单的算法,但比较而言,算法2最为简单,且易于在计算机上执行操作。
学生做一做求1×3×5×7×9×11的值,写出其算法。
老师评一评算法1;第一步,先求1×3,得到结果3;
第二步,将第一步所得结果3再乘以5,得到结果15;
第三步,再将15乘以7,得到结果105;
第四步,再将105乘以9,得到945;
第五步,再将945乘以11,得到10395,即是最后结果。
算法2:
用P表示被乘数,i表示乘数。
S1使P=1。
S2使i=3S3使P=P×i
S4使i=i+2
S5若i≤11,则返回到S3继续执行;否则算法结束。
小结由于计算机动是高速计算的自动机器,实现循环的语句。
因此,上述算法2不仅是正确的,而且是在计算机上能够实现的较好的算法。
在上面的算法中,S3,S4,S5构成一个完整的循环,这里需要说明的是,每经过一次循环之后,变量P、i的值都发生了变化,并且生循环一次之后都要在步骤S5对i的值进行检验,一旦发现i的值大于11时,立即停止循环,同时输出最后一个P的值,对于循环结构的详细情况,我们将在以后的学习中介绍。
4、课堂小结
本节课主要讲了算法的概念,算法就是解决问题的步骤,平时列论我们做什么事都离不开算法,算法的描述可以用自然语言,也可以用数学语言。
例如,某同学要在下午到体育馆参加比赛,比赛下午2时开始,请写出该同学从家里发到比赛地的算法。
若用自然语言来描述可写为
(1)1:
00从家出发到公共汽车站
(2)1:
10上公共汽车
(3)1:
40到达体育馆
(4)1:
45做准备活动。
(5)2:
00比赛开始。
若用数学语言来描述可写为:
S11:
00从家出发到公共汽车站
S21:
10上公共汽车
S31:
40到达体育馆
S41:
45做准备活动
S52:
00比赛开始
大家从中要以看出,实际上两种写法无本质区别,但我们在书写时应尽量用教学语言来描述,它的优越性在以后的学习中我们会体会到。
5、自我评价
1、写出解一元二次方程ax2+bx+c=0(a≠0)的一个算法。
2、写出求1至1000的正数中的3倍数的一个算法(打印结果)
6、评价标准
1、解:
算法如下
S1计算△=b2-4ac
S2如果△〈0,则方程无解;否则x1=
S3输出计算结果x1,x2或无解信息。
2、解:
算法如下:
S1使i=1
S2i被3除,得余数r
S3如果r=0,则打印i,否则不打印
S4使?
?
?
?
?
S5若i≤1000,则返回到S2继续执行,否则算法结束。
7、作业:
1、写出解不等式x2-2x-30的一个算法。
解:
第一步:
x2-2x-3=0的两根是x1=3,x2=-1。
第二步:
由x2-2x-30可知不等式的解集为{x|-1x3}。
评注:
该题的解法具有一般性,下面给出形如ax2+bx+c0的不等式的解的步骤(为方便,我们设a0)如下:
第一步:
计算△=;
第二步:
若△0,示出方程两根(设x1x2),则不等式解集为{x|xx1或xx2};
第三步:
若△=0,则不等式解集为{x|x∈R且x};
第四步:
若△0,则不等式的解集为R。
2、求过P(a1,b1)、Q(a2,b2)两点的直线斜率有如下的算法:
第一步:
取x1=a1,y1=b1,x2=a2,y1=b2;
第二步:
若x1=x2;
第三步:
输出斜率不存在;
第四步:
若x1≠x2;
第五步:
计算;
第六步:
输出结果。
3、写出求过两点M(-2,-1)、N(2,3)的直线与坐标轴围成面积的一个算法。
解:
算法:
第一步:
取x1=-2,y1=-1,x2=2,y2=3;
第二步:
计算;
第三步:
在第二步结果中令x=0得到y的值m,得直线与y轴交点(0,m);
第四步:
在第二步结果中令y=0得到x的值n,得直线与x轴交点(n,0);
第五步:
计算S=;
第六步:
输出运算结果
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