小议反例法在解题中的应用

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  在数学教学中,要判断一个数学命题是正确的,应由已知条件和已学过的公理、定义、定理等,严密推理得出结论;要否定一个命题,只要举一个反例即可。运用反例进行教学的方法称为反例法。反例法与证明法对数学学科的发展同样重要,是高中数学不可或缺的一种有效的教学方法。
  一、反例法在高中数学教学中的作用
  1.帮助学生准确理解基础知识
  数学概念、性质等基础知识是解题的依据,是学好数学的基础。在基础知识的教学中,教师不仅要运用正面的例子来阐明其本质属性,而且还要运用反例对其中的关键词和本质特征进行更深入地诠释,帮助学生准确、透彻、全面地理解基础知识。
  2.帮助学生快速判断命题的真假
  反例法在判断命题的真假时,具有快速、说服力强的特点。
  例2 判断命题“对于任意正整数n,n2+n+41都是质数”的真假。
  很多同学,通过取n=1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,…,甚至更多的n值(一直连续取到39),很容易判断上述命题为真。
  但是,当我们取到n=40(是一个反例)时,得n2+n+41=41×41,故此时n2+n+41为合数。
  事实上,n2+n+41=n(n+1)+41,所以,当n=41k 或n+1=41k(k∈Z*)时,n2+n+41都是合数。一个数学问题用一个反例就得以解决,让人倍感兴奋和愉悦。
  3.帮助学生规避错误类比
  新的《普通高中数学课程标准》把培养学生的类比推理能力作为培养目标之一。事实上,在高中数学中许多概念、结论之间都有类似的地方,在新概念的提出,新结论的证明过程中,恰当运用类比的方法,以旧导新,有利于建构新知识,能让学生对新知识的记忆更牢固,理解更深刻。在高中数学中,可通过类比法引入的概念或结论非常多,如:复数、平面向量的有关概念或结论可类比实数给出;立体几何的有关概念或结论可类比平面几何给出,等等。
  但类比得出的结论不一定成立,对于不再成立的结论,举一个反例验证即可。
  例3 以下结论在实数范围内及复数范围内均成立①x+y=y+x, (x+y)+z=x+(y+z),xy=yx,(xy)z=x(yz),x(y+z)=xy+xz, zmzn=zm+n,(zm)n=zmn,(z1z2)m=z1mz2m;②|xy|=|x|·|y|;③|x|2=|x|2;④若xy=0,则x、y中至少有一个为零,等等。
  而以下结论在实数范围内成立,但在复数范围内不成立 ①x2≥0;②|x2|=x2;③若x2+y2=0,则x=y=0.
  可举反例加以验证:①反例:取x=2i,此时|x|2=-4<0;②反例:取x=i,此时|x|2=1,x2=-1,此时|x|2≠x2;③反例:取x=3i,y=3,此时x2+y2=0,但x=y=0不成立。
  例4 实数运算的有些法则对于平面向量仍然成立,如加法交换律、乘法交换律、乘法对加法的分配律,等等,但实数的有些法则对平面向量则不成立。
  如,对实数a,b,c,有以下结论成立:
  例5 下面的结论在平面、空间中均成立:①一组对边平行且相等的四边形是平行四边形;②一组对边平行且不相等的四边形是梯形;③过直线外一点作直线的平行线有且仅有一条;④平行于同一条直线的两条直线平行,等等。
  而下面的几个结论在平面中成立,在空间中则不成立:①垂直于同一条直线的两条直线平行;②四边相等的四边形是菱形。
  可举反例加以验证:
  ① 反例:如图1,直线a,b都垂直于c,但a,b不平行。
  图1
  事实上,在空间,当两条直线平行于同一条直线时,这两条直线可平行、可相交、可异面。
  ②反例:如图2,在正四面体ABCD中,空间四边形ABCD的四边相等,但它不是菱形。
  图2
  4. 帮助学生规避“想当然”的错误
  在数学学习过程中,学生有时由于知识掌握不够熟练,或因缺乏严谨的思维习惯,解题时往往因“想当然”而导致错误。在教学过程中,通过反例教学法,可有效地培养学生严谨的、周到的、深刻的思维习惯,规避一些“想当然”的错误。
  老师:学生1的解法对吗?
  可见,不能凭直观或想当然去得出数学结论,这样往往会“失之毫厘,差之千里”。通过列举反例,学生的认知能力产生了飞跃,思维水平得到了升华。
  二、设置反例的原则
  (1)设置的反例要典型、恰当、精准、有针对性;
  (2)尽量引导学生构建反例,老师不能包办代替;
  (3)设置反例的时机要适当,应放在学生对新知识有了初步的认识之后;
  (4)设置的反例要真实、生动、实用,应在学生易错处设置;
  (5)反例题型要灵活多样,可以为改错题、判断题、选择题、问答题等;
  (6)设置反例的思维过程要充分展现出来,培养学生思维的深刻性、批判性。
  在中学数学教学中,利用反例法,可以帮助学生准确地理解数学概念,掌握数学方法,利于重点、难点的解决;可以帮助学生快速地驳斥谬论,及时地检验题目的解答是否正确,是培养学生创造性思维、批判性思维的一个有效的途径。
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