高数教学中如何培养学生的逆向思维和逻辑思维

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  【摘要】高等数学中很多定理的逆命题往往是不成立的,但从数理逻辑理论分析,命题的逆否命题肯定是正确的,高数教学中教师通过对逆命题和逆否命题的讨论和讲解,不但能使同学能够对高等数学知识的掌握地更加牢固,而且更好地培养学生的逆向思维和逻辑思维.
   【关键词】逆向思维;逆命题;逆否命题;逻辑思维
  
   一、绪 论
   我们知道,在数理逻辑中,原命题“若p,则q”,那么逆否命题“若 q,则 p”,逆命题“若q,则p”,但很多同学不完全很清楚,什么情况下命题为真命题,什么情况下为假命题,因为真命题有多种形式,给同学理解命题带来一定难度.在数理逻辑上命题为真有三种形式[参考文献1]:①若p为真,则q为真;②若p为假,则q为真;③若p为假,则q为假.命题为假只有一种形式:若p为真,则q为假.因为| -(p→q)( q→ p),所以原命题和逆否命题是等价的,因为| -(q→p)( p→ q),所以逆命题和否命题是等价的.从逻辑理论分析,需要证明一个定理为真,我们只要证明定理的逆否命题为真就行了.
   思维又可分为顺向思维与逆向思维,如果把从A到B的思考问题的过程称为顺向思维,那么由B到A的反向思考问题的过程就是逆向思维[2].在高等数学教学过程中,讲解定理,要使同学更好地掌握定理,经常要分析定理逆命题和否命题是否成立,命题条件是否是充分必要条件.而大部分定理逆命题和否命题是不成立的.而又容易引起学生混淆,在高数中通过实例讲解来培养学生的逆向思维和逻辑思维.
   二、高数中如何理解和应用一些定理的逆否命题
   在数理逻辑上,命题和逆否命题是等价的,定理的逆否命题肯定是正确的,所以我们可以把定理的逆否命题不需证明,直接运用.例1:如果数列xn收敛,那么数列xn一定有界[3];那么它的逆否命题:如果数列xn无界,那么数列xn一定发散.例2:如果函数y=f(x)在点x0处可导,则函数在该点必连续;那么它的逆否命题:函数y=f(x)在点x0处不连续,那么:函数在该点必不可导.通过两个实例,知道定理的逆否命题可以直接应用.
   我们教学中要注重教导学生学会用逆否理论来证明一些命题,例3: 设级数∑∞n=1xn收敛,则必有limn→∞xn=0,它的逆否定理,若limn→∞xn≠0,则级数∑∞n=1xn发散;如证明级数∑∞n=1sinn发散,利用逆否定理证明它,因为 limn→∞sinn≠0,所以级数∑∞n=1sinn发散.在高数教学中,教导学生一些原定理和它的逆否定理是等价的,可以直接利用,借以培养和发展学生的灵活思维能力.
   但有时候发现一些正确的命题,似乎逆否命题不正确.参考文献[4]所讨论问题:例4:若k<0,则方程x2 (2k 1)x k=0必有两相异实根.但它的逆否命题:若方程x2 (2k 1)x k=0没有两个相异实根,则k≥0.我们知道如果方程x2 (2k 1)x k=0没有两相异实根,则Δ<0,由计算得Δ=4k2>0与要求Δ<0是否矛盾?因为方程x2 (2k 1)x k=0没有两个相异实根条件是假的,所以结论Δ<0也是假的,根据“若假p,则假q ”是真命题.高数教学中,让学生掌握一些数理逻辑知识是必需的,充分的运用逻辑思维和方式来分析数学命题,才能更好地学习数学.
   三、高数教学过程中如何理解和分析定理的逆命题和否命题
   数学定理有可逆和不可逆的,教材中有的给出了逆定理,但有许多定理未讨论它的可逆性.经常提醒学生不要随意用定理的逆命题,我们都知道,高等数学中要证明一个命题是正确的,需要非常严密的论证过程,而要说明一个命题是错误的,只需举出一个推翻结论的例子即可,高等数学中很多定理的逆命题往往是不成立的,在关于定理的教学中,讲了定理后,常常要让学生思考逆命题是否成立.例5:如果数列xn收敛,那么数列xn一定有界;它的逆命题:如果数列xn有界,那么数列xn一定收敛,如xn=sinn有界,但xn发散,所以逆命题是不正确的.例6:可导函数f(x) 的极值点必定是它的驻点,但反过来,函数的驻点却不一定是极值点.在教学中,要教导学生反向思考,引导学生深入分析命题,不正确的逆命题,找出反例.充分地挖掘学生的思维潜力,促进学生思维能力的全面发展,达到提高学生数学能力和水平的目的. 逆命题和命题的条件之间的关系,如果定理的逆定理成立,那么定理的条件是充分而必要.例如函数f(x)在x0处的极限存在,那么f(x)在x0处的左极限和右极限存在且相等;它的逆命题:f(x)在x0处的左极限和右极限存在且相等,那么函数f(x)在x0处的极限存在的,这个逆命题是正确的.如果定理的条件是充分而非必要时,这个定理的逆命题就不成立,如果定理的条件是充分而必要时,这个定理的逆命题是正确. 逆命题和否命题之间互为等价命题,在思考数学问题时,研究逆命题适当地注意从问题的反向或否定方面进行数学逆向思维,把握数学知识的内在联系,从而对数学知识和技能的掌握产生一个质的飞跃,数学中严谨的推理和一丝不苟的计算,使得每一个数学结论不可动摇. 四、结论与建议 一般情况下,在思考数学问题时,人们把习惯思维的方向叫作顺向思维,而与它相反的方向探索称为逆向思维,如果课本上的定理没有指出条件是充要的,一般说它的逆命题是不正确的,我们在教学中引导学生冲破僵硬的单向推理模式,适当地注意从问题的反向或否定方面进行数学逆向思维,如对高等数学中的定理的逆命题的思考,和采用证明逆否命题方式来证明定理,这样学生会更好地学习高等数学,也能够更好地培养他们的逆向思维和逻辑思维. 【参考文献】 [1]石纯一.数理逻辑和集合论[M].北京:清华大学出版社,2002. [2]胡佑增.在高数教学中培养学生的逆向思维能力[J].交通高教研,1995(2):21~22. [3]同济大学数学系.高等数学(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2006. [4]金莹.逆否命题与原命题真假相同吗? [J]. 数学通讯,2007(7):23~23.
  
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