从挖掘与渗透数学思想方法角度进行微课程教学设计
在教学过程中,以知识为载体,深入挖掘隐藏知识背后的思想方法,使学生用掌握的方法分析问题、解决问题。
1.一一对应的思想:复数不论是哪种表示法,都表现出复数与有序实数对一一对应的思想,如复数的代数z=x+iy形式和向量O形式都与有序实数对(x,y)一一对应,复数的三角和指数形式即z = r(cosθ+isinθ)和z=reiθ均与有序实数对(r,9)一一对应,复数集与复平面上的点组成的集合之间建立了一一对应,复球面上的点与扩充复平面一一对应。
2.转化的思想:复数的几种表示法可以相互转化,如在对复数做乘法或开方运算时,需要将代数形式转化为三角形式或指数形式。由于复变量函数w = f(z)=u(x ,y)+ v(x ,y)与两个实的二元函数(u(x ,y),v(x y)一一对应,在研究复变量函数的极限、连续、可导(可微)、积分、级数时,均要转化为实变量的二元函数来讨论。
3.类比的思想:类比的思想方法自始自终贯穿在教学中,从保留、失去、增加的角度考察其与实变量函数的异同,指出复变量函数优于实变量函数的特性,引导学生在学习中既要找出共同点,更要弄清不同点,有利于学生深刻理解、灵活掌握复变量函数的理论和方法。
(1)复数与实数进行类比:复数z=x+iy,当虚部为零时转化为实数,是实数的推广,实数是复数的特例,复数不能比较大小,因此,实数中与“不等”有关的概念都不存在了,如复数没有正负可言,没有不等式,不考虑复变量函数的单调性、凹凸性、拐点、极最值,微分中值定理不再成立等。复数的加、减、乘、除、乘方、开方运算类比实数相应的运算。类比实数,既然复数可以看成点,则|z1-z2|表示复平面上两点的距离。
(2)复变量函数与实变量函数进行类比:从定义、符号表示、几何意义、运算、常见函数、极限、连续、导数、微分、积分、级数都进行类比。
如关于基本初等函数进行类比:复指数函数w=ez与实指数函数y=ex相同点在整个定义域上可导(解析),且导数为自身,即(ez)′=ez,并具有性质ez1 +z2 = ez1·ez2,由于y = ex定义域为(-∞ ,+∞),w=ez定义域为整个复平面,显然,y=ex为w=ez的特殊情况,而w=ez是y=ex的推广,w=ez不再具有单调性,且ez不再有乘幂的含义,极限不存在,由指数函数定义ez+2kπi = ez ,w=ez为周期函数,基本周期为T=2πi,若ez1=ez2,则z1 = z2 + 2kπi,k∈Z。
(3)复变量函数可导与解析类比:复变量函数在z0点及邻域内可导,就称为在该点解析。从定义可以概括为“解析”为局部可导性,即f(z)在一点解析是指在一点及邻域可导,解析是可导的充分条件,可导不一定解析,不可导一定不解析,可导是解析的必要条件。一个解析函数在单连通区域D可导与解析等价。
(4)复变量函数展开成泰勒级数的形式与实变量函数完全相同,如,
,级数的绝对收敛与条件收敛的概念完全一致,因此,复变量函数的学习要完全类比实变量函数,同时掌握用已知解决未知的思想方法。
4.分类的思想:复数的实质是一种“有方向的数”,即“数量加方向”,其方向就是辐角的概念,当z=0时,辐角Argz不确定;当z≠0时,Argz = arg z + 2kπ,k∈Z,复变量函数的有限孤立奇点分为可去奇点、m级极点和本性奇点,都需要进行分类讨论。
5.推广的思想:由实数到复数就是推广思想的体现,复数的加法满足交换律与结合律,将两个复数加法运算推广到有限个复数相加,两个复数的乘法运算推广到有限个复数相乘,当有限个复数相同时,得到乘幂运算。