高中数学《13 算法案例》教案1 新人教A版必修3Word文件下载.docx

1、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

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8 251与6 105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：8 251=6 1051+2 146.由此可得，6 105与2 146的公约数也是8 251与6 105的公约数，反过来，8 251与6 105的公约数也是6 105与2 146的公约数，所以它们的最大公约数相等.对6 105与2 146重复

3、上述步骤：6 105=2 1462+1 813.同理，2 146与1 813的最大公约数也是6 105与2 146的最大公约数.继续重复上述步骤：2 146=1 8131+333，1 813=3335+148，333=1482+37，148=374. 最后的除数37是148和37的最大公约数，也就是8 251与6 105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，

4、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：INPUT m,nDO r=m MOD n m=n n=rLOOP UNTIL r=0PRINT mEND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8 251与6 105的最大公约数,为什么可以转化为求6 105与2 146的公约数.因为8 251=6 1051+2 146，可以化为8 251-6 1051=2 164，所以公约数能够整除等式两边的数，即6 105与2 146的公约数也是8 251与6 105

5、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.当型循环结构的程序框图如下图：INPUT m，nr=1WHILE r0WEND例2 用更相减损术求98与63的最大公约数.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=3563-35=2835-28=728-7=2121-7=1414-7=7所以，98和63的最大公约数等于7.更相减损术与辗转相除法的比较：尽管两种算法分别于东、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

6、，即辗转相减，但是实质都是一个不断的递归过程 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.324=243181，243=8130，则324与243的最大公约数为81.又135=81154，81=54127，54=2720，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：324243=81,24381=162,16281=81，则324与243的最大公约数为81.13581=54,8154=27,5427=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

7、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.（1）辗转相除法求最大公约数的过程如下：12324827，4812721，271216，21363，623+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2.802=40，362=18.40和18都是偶数，要除公因数2.402=20，182=9.下面来求20与9的最大公约数，209=11，119=2，92=7，72=5，52=3，32=1，21=1，可得80和36的最大公约数为221=4.对比两种方法控制好算法的结束，辗转相除法是到达余数

8、为0，更相减损术是到达减数和差相等. 分别用辗转相除法和更相减损术求1 734，816的最大公约数辗转相除法：1 734=8162+102，816=1028（余0），1 734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=51.1 734与816的最大公约数是512=102利用更相减损术可另解：1 734816918，91881610

9、2，816102714，714102612，612102510，510102408，408102306，306102204，204102102.知能训练 求319，377，116的最大公约数377=3191+58，319=585+29，58=292.377与319的最大公约数为29，再求29与116的最大公约数116=2929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更相减损术程序：INPUT “m，n=”；m，nWHILE mnIF mn THENm-nELSEm=n-mEND IF课堂小结（1）用辗转相

10、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319=2611+58,261=584+29,319与261的最大公约数是29319-261=58,261-58=203,203-58=145,145-58=87,87-58=29,58-29=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

11、.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2019-2020年高中数学1.3 算法案例教案2 新人教A版必修3 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. 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.（1）求多项式f（x

12、）=x5+x4+x3+x2+x+1当x=5时的值有哪些方法？比较它们的特点.（2）什么是秦九韶算法？（3）怎样评价一个算法的好坏？（1）怎样求多项式f（x）=x5+x4+x3+x2+x+1当x=5时的值呢？ 一个自然的做法就是把5代入多项式f（x），计算各项的值，然后把它们加起来，这时，我们一共做了1+2+3+4=10次乘法运算，5次加法运算. 另一种做法是先计算x2的值，然后依次计算x2x，（x2x）x，（x2x的值，这样每次都可以利用上一次计算的结果，这时，我们一共做了4次乘法运算，5次加法运算. 第二种做法与第一种做法相比，乘法的运算次数减少了，因而能够提高运算效率，对于计算机来说，做一

13、次乘法运算所用的时间比做一次加法运算要长得多，所以采用第二种做法，计算机能更快地得到结果.（2）上面问题有没有更有效的算法呢？我国南宋时期的数学家秦九韶（约12021261）在他的著作数书九章中提出了下面的算法： 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）=anxn+an-1xn-1+a1x+a0=（anxn-1+an-1xn-2+a1）x+ a0=（anxn-2+an-1xn-3+a2）x+a1）x+a0=（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

14、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，这样，求n次多项式f（x）的值就转化为求n个一次多项式的值.上述方法称为秦九韶算法.直到今天，这种算法仍是多项式求值比较先进的算法.（3）计算机的一个很重要的特点就是运算速度快，但即便如此，算法好坏的一个重要标志仍然是运算的次数.如果一个算法从理论上需要超出计算机允许范围内的运算次数，那么这样的算法就只能是一个理论的算法.例1 已知一个5次多项式为f（x）=5x5+2x4+3.5x3-2.6x2+1.7x-0.8， 用秦九韶算法求这个多项式当x=5时的值.根据秦九韶算法，把多项式改写成如下形式

15、：f（x）=（5x+2）x+3.5）x-2.6）x+1.7）x-0.8，按照从内到外的顺序，依次计算一次多项式当x=5时的值：v0=5；v1=55+2=27;v2=275+3.5=138.5;v3=138.55-2.6=689.9;v4=689.95+1.7=3 451.2;v5=3 415.25-0.8=17 255.2;所以，当x=5时，多项式的值等于17 255.2.观察上述秦九韶算法中的n个一次式，可见vk的计算要用到vk-1的值，若令v0=an，我们可以得到下面的公式：这是一个在秦九韶算法中反复执行的步骤，因此可用循环结构来实现.第一步，输入多项式次数n、最高次的系数an和x的值.第

16、二步，将v的值初始化为an，将i的值初始化为n-1.第三步，输入i次项的系数ai.第四步，v=vx+ai,i=i-1.第五步，判断i是否大于或等于0.若是，则返回第三步；否则，输出多项式的值v.INPUT “n=”；INPUT “an=”；aINPUT “x=”；xv=ai=n-1WHILE i=0 PRINT “i=”；i INPUT “ai=”； v=v*x+a i=i-1PRINT v本题是古老算法与现代计算机语言的完美结合，详尽介绍了思想方法、算法步骤、程序框图和算法语句,是一个典型的算法案例. 请以5次多项式函数为例说明秦九韶算法，并画出程序框图.设f（x）=a5x5+a4x4+a3

17、x3+a2x2+a1x+a0首先，让我们以5次多项式一步步地进行改写：f（x）=（a5x4+a4x3+a3x2+a2x+a1）x+a0=（a5x3+a4x2+ a3x+a2）x+a1）x+a0=（a5x2+a4x+ a3）x+a2）x+a1）x+a0=（a5x+a4）x+ a3）x+a2）x+a1）x+a0.上面的分层计算,只用了小括号，计算时，首先计算最内层的括号，然后由里向外逐层计算，直到最外层的括号，然后加上常数项即可.例2 已知n次多项式Pn（x）=a0xn+a1xn-1+an-1x+an，如果在一种算法中，计算（k=2，3，4，n）的值需要k1次乘法，计算P3（x0）的值共需要9次运

18、算（6次乘法，3次加法），那么计算P10（x0）的值共需要_次运算.下面给出一种减少运算次数的算法：P0（x）=a0,Pk+1（x）=xPk（x）+ak+1（k0，1，2，n1）利用该算法，计算P3（x0）的值共需要6次运算，计算P10（x0）的值共需要_次运算.答案：65 20秦九韶算法适用一般的多项式f（x）=anxn+an-1xn-1+a1x+a0的求值问题.直接法乘法运算的次数最多可到达，加法最多n次.秦九韶算法通过转化把乘法运算的次数减少到最多n次，加法最多n次.例3 已知多项式函数f（x）=2x55x44x3+3x26x+7，求当x=5时的函数的值.解析：把多项式变形为：f（x）=

19、2x55x44x3+3x26x+7=（2x5）x4）x+3）x6）x+7.计算的过程可以列表表示为：最后的系数2 677即为所求的值.算法过程：v0=2；v1=255=5；v2=554=21；v3=215+3=108；v4=10856=534；v5=5345+7=2 677.如果多项式函数中有缺项的话，要以系数为0的项补齐后再计算.当x=2时，用秦九韶算法求多项式f（x）=3x5+8x4-3x3+5x2+12x-6的值解法一：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=v02+8=32+8=14;v2=v12-3

20、=142-3=25;v3=v22+5=252+5=55;v4=v32+12=552+12=122;v5=v42-6=1222-6=238.当x=2时，多项式的值为238.解法二：f（x）=（3x+8）x-3）x+5）x+12）x-6，则f（2）=（32+8）23）2+5）2+12）26238 用秦九韶算法求多项式f（x）=7x7+6x6+5x5+4x4+3x3+2x2+x当x=3时的值.f（x）=（7x+6）+5）x+4）x+3）x+2）x+1）xv0=7；v1=73+6=27；3+5=86；v3=863+4=262；v4=2623+3=789；v5=7893+2=2 369；v6=2 369

21、3+1=7 108；v7=7 1083+0=21 324.f（3）=21 324.1.秦九韶算法的方法和步骤.2.秦九韶算法的计算机程序框图.已知函数f（x）=x32x25x+8,求f（9）的值.f（x）=x32x25x+8=（x22x5）x+8=（x2）x5）x+8 f（9）=（92）95）9+8=530. 古老的算法散发浓郁的现代气息，这是一节充满智慧的课.本节主要介绍了秦九韶算法. 通过对秦九韶算法的学习，对算法本身有哪些进一步的认识？ 教师引导学生思考、讨论、概括，小结时要关注如下几点：（1）算法具有通用的特点，可以解决一类问题；（2）解决同一类问题，可以有不同的算法，但计算的效率是不同的，应该选择高效的算法；（3）算法的种类虽多，但三种逻辑结构可以有效地表达各种算法等等.