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一張圖告訴我們學生懼怕數學的真正原因:數學問題的四象限分析法

根據計算量和思維量可以把數學問題分成四個象限:

一張圖告訴我們學生懼怕數學的真正原因:數學問題的四象限分析法

第一象限:複雜而且深奧的數學

這是專業從事數學研究的人感興趣的領域,我們可能聽過一些名字:「哥德巴赫猜想」、「黎曼假設」、「費馬最後定理」、「龐加萊猜想」、「哥德爾定理」等等。但怎麼證明這些難題,甚至這些難題到底意味著什麼,我們並不清楚。

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這個領域的知識不是一般人,也不是所謂的數學愛好者所能觸及的,要進入這個領域需要一定的數學天分,而且非常投入,付出艱辛的努力,一輩子孜孜以求,才能有所建樹。

第三象限:簡單淺顯的數學知識

剛開始學的一些簡單數學,就屬於此類。比如:小學學的算術:1+2=3,3*7=21。再比如,中學的三角函數,sin2x=2sinxcosx,多項式的運算等等,這些數學從理解的難度上來講,其實是非常簡單的,而且從計算難度上來講也不難。

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舉例:具有初中幾何知識的同學,根據基本的三角函數概念,結合下面的單位圓圖形,就能推導出以下的二倍角公式。

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【三角函數二倍角公式】

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【單位圓中作圖證明二倍角公式】

第四象限:計算複雜但是淺顯的數學

我們對數學的懼怕都是在這個象限中出現的。

大學裡學的複雜定積分的計算,高中里的解析幾何的計算,都是這個類型的。這些數學需要一些解題技巧,需要更細心和耐心。但是,這些仍然只是淺顯的數學知識。

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比如:下面是我的學生做的一道解析幾何計算:

此題思路非常簡單:1、算出兩點的坐標,2、計算斜率,3、證明斜率相等。但計算量非常繁瑣。(學生說算的要吐了)

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其實,我們在學校里花費了大量的時間學習解題技巧,對於領會數學之美並沒有幫助,相反,可能還讓我們對數學倒了胃口。

而且現實中並的這些機械,複雜,重複繁瑣的計算,完全可以藉助計算機解決。

比如:下題是大學中一道複雜的求定積分問題(需要三角換元,外加一些運算技巧)

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【註:列印錯誤:du應該是dx】

類似這種求定積分問題,直接可以用計算機解決,推薦APP:「超級計算器」

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現在很多學生對數學反感,覺得數學難,沒有興趣,其實最主要的問題是局限在第四象限(計算複雜但並不深奧的問題)。做題完全是機械式的重複,沒有任何成就感。

第二象限:計算簡單但深奧的數學

最後要說到對於我們這些普通人來說,最值得學習的是第二象限的數學知識,也就是簡單而深奧的數學知識,這類知識更能體現數學之美。

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舉例:乘法原則是一個基本概念:

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從乘法原則為基礎,可以得到很多基本概念,比如排列數的概念:

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從排列的概念和乘法原理出發,我們可以得到排列計算公式:

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數學知識本質不是計算,而是理解,大家發現,這種數學知識,是一種概念的生成,需要我們理解,邏輯縝密的推理。

比如對遞歸數學方法的理解,對回歸分析的理解,對隨機性的理解(概率論的基礎),這些問題的本質都是理解,而不是機械的計算(甚至有些沒有計算)。如果有的話,也完全可以讓計算機解決。

問題來了,我們把數學問題分為這四個象限,那麼應該分別如何看待,如何處理,才能讓我們對數學有更深的理解呢?敬請期待本號的下篇文章。


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