人教高中数学必修三A版13算法案例课件1共41张PPT.ppt
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一、三维目标一、三维目标（（a a）知识与技能）知识与技能 1.1.理解辗转相除法与更相减损术中蕴含的数学原理解辗转相除法与更相减损术中蕴含的数学原理，并能根据这些原理进行算法分析理，并能根据这些原理进行算法分析 2.2.基本能根据算法语句与程序框图的知识设计完基本能根据算法语句与程序框图的知识设计完整的程序框图并写出算法程序整的程序框图并写出算法程序b b）过程与方法）过程与方法 在辗转相除法与更相减损术求最大公约数的学习在辗转相除法与更相减损术求最大公约数的学习过程中对比我们常见的约分求公因式的方法，比较它过程中对比我们常见的约分求公因式的方法，比较它们在算法上的区别，并从程序的学习中体会数学的严们在算法上的区别，并从程序的学习中体会数学的严谨，领会数学算法计算机处理的结合方式，初步掌握谨，领会数学算法计算机处理的结合方式，初步掌握把数学算法转化成计算机语言的一般步骤把数学算法转化成计算机语言的一般步骤案例案例1 辗转相除法与更相减损术辗转相除法与更相减损术 （（c c）情感态度与价值观）情感态度与价值观 1.1.通过阅读中国古代数学中的算法案例，体会中通过阅读中国古代数学中的算法案例，体会中国古代数学对世界数学发展的贡献。
国古代数学对世界数学发展的贡献 2.2.在学习古代数学家解决数学问题的方法的过程在学习古代数学家解决数学问题的方法的过程中培养严谨的逻辑思维能力，在利用算法解决数学问题中培养严谨的逻辑思维能力，在利用算法解决数学问题的过程中培养理性的精神和动手实践的能力的过程中培养理性的精神和动手实践的能力二、教学重难点二、教学重难点 重点：理解辗转相除法与更相减损术求最大公约数重点：理解辗转相除法与更相减损术求最大公约数的方法 难点：把辗转相除法与更相减损术的方法转换成程难点：把辗转相除法与更相减损术的方法转换成程序框图与程序语言序框图与程序语言三、学法三、学法 在理解最大公约数的基础上去发现辗转相除法与更在理解最大公约数的基础上去发现辗转相除法与更相减损术中的数学规律，并能模仿已经学过的程序框图相减损术中的数学规律，并能模仿已经学过的程序框图与算法语句设计出辗转相除法程序框图与算法程序与算法语句设计出辗转相除法程序框图与算法程序 3 59 15[ [问题问题1]1]：在小学，我们已经学过求最大公约数：在小学，我们已经学过求最大公约数的知识，你能求出的知识，你能求出1818与与3030的最大公约数吗？的最大公约数吗？〖〖创设情景，揭示课题创设情景，揭示课题〗〗18 3023∴18∴18和和3030的最大公约的最大公约数是数是2×3=6.2×3=6.先用两个数公有的先用两个数公有的质因数质因数连续去除连续去除,一直除到所得一直除到所得的商是互质数为止的商是互质数为止,然后然后把所有的除数连乘起来把所有的除数连乘起来.[ [问题问题2]:2]:我们都是利用找公约数的方法来求最大我们都是利用找公约数的方法来求最大公约数，如果公约数比较大而且根据我们的观察公约数，如果公约数比较大而且根据我们的观察又不能得到一些公约数，我们又应该怎样求它们又不能得到一些公约数，我们又应该怎样求它们的最大公约数？比如求的最大公约数？比如求82518251与与61056105的最大公约数的最大公约数? ? 〖〖研探新知研探新知〗〗1.1.辗转相除法辗转相除法: :例例1 1 求两个正数求两个正数82518251和和61056105的最大公约数。
的最大公约数分析：分析：82518251与与61056105两数都比较大，而且没两数都比较大，而且没有明显的公约数，如能把它们都变小一点，根有明显的公约数，如能把它们都变小一点，根据已有的知识即可求出最大公约数据已有的知识即可求出最大公约数. .解：解：82518251＝＝6105×16105×1＋＋21462146显然显然82518251与与61056105的最大公约数也必是的最大公约数也必是21462146的约数，同样的约数，同样61056105与与21462146的公约数也必是的公约数也必是82518251的约数，所以的约数，所以82518251与与61056105的最大公约数也是的最大公约数也是61056105与与21462146的最大公约数的最大公约数 〖〖研探新知研探新知〗〗1.1.辗转相除法辗转相除法: :例例1 1 求两个正数求两个正数82518251和和61056105的最大公约数的最大公约数解：解：82518251＝＝6105×16105×1＋＋2146;2146;6105＝＝2146×2＋＋1813;2146＝＝1813×1＋＋333;1813＝＝333×5＋＋148;333＝＝148×2＋＋37;148＝＝37×4＋＋0.则则3737为为82518251与与61056105的最大公约数。
的最大公约数以上我们求最大公约数的方法就是辗转相以上我们求最大公约数的方法就是辗转相除法也叫欧几里德算法，它是由欧几里德在除法也叫欧几里德算法，它是由欧几里德在公元前公元前300300年左右首先提出的年左右首先提出的 利用辗转相除法求最大公约数的步骤如下：利用辗转相除法求最大公约数的步骤如下： 第一步：用较大的数第一步：用较大的数m m除以较小的数除以较小的数n n得到得到一个商一个商q q0 0和一个余数和一个余数r r0 0；；(m=n×q(m=n×q0 0+r+r0 0) ) 第二步：若第二步：若r r0 0＝＝0 0，则，则n n为为m m，，n n的最大公约的最大公约数；若数；若r r0 0≠0≠0，则用除数，则用除数n n除以余数除以余数r r0 0得到一个得到一个商商q q1 1和一个余数和一个余数r r1 1；；(n=r(n=r0 0×q×q1 1+r+r1 1) ) 第三步：若第三步：若r r1 1＝＝0 0，则，则r r0 0为为m m，，n n的最大公约的最大公约数；若数；若r r1 1≠0≠0，则用除数，则用除数r r0 0除以余数除以余数r r1 1得到一个得到一个商商q q2 2和一个余数和一个余数r r2 2；；(r(r0 0=r=r1 1×q×q2 2+r+r2 2) ) …… …… 依次计算直至依次计算直至r rn n＝＝0 0，此时所得到的，此时所得到的r rn-1n-1 即为所求的最大公约数。
即为所求的最大公约数 练习练习1 1：利用辗转相除法求两数：利用辗转相除法求两数40814081与与2072320723的最大公约数的最大公约数. . (53)(53)20723=4081×5+318;4081=318×12+265;318=265×1+53;265=53×5+0. 2.2.更相减损术更相减损术: :我国早期也有解决求最大公约数问题的算我国早期也有解决求最大公约数问题的算法，就是更相减损术法，就是更相减损术更相减损术求最大公约数的步骤如下：可更相减损术求最大公约数的步骤如下：可半者半之，不可半者，副置分母半者半之，不可半者，副置分母·子之数，以少子之数，以少减多，更相减损，求其等也，以等数约之减多，更相减损，求其等也，以等数约之翻译出来为：第一步：任意给出两个正数；翻译出来为：第一步：任意给出两个正数；判断它们是否都是偶数若是，用判断它们是否都是偶数若是，用2 2约简；若不是，约简；若不是，执行第二步执行第二步第二步：以较大的数减去较小的数，接着把第二步：以较大的数减去较小的数，接着把较小的数与所得的差比较，并以大数减小数继续较小的数与所得的差比较，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（等这个操作，直到所得的数相等为止，则这个数（等数）就是所求的最大公约数。
数）就是所求的最大公约数 例例2 2 用更相减损术求用更相减损术求9898与与6363的最大公约数的最大公约数. .解：由于解：由于6363不是偶数，把不是偶数，把9898和和6363以大数以大数减小数，并辗转相减，减小数，并辗转相减， 即：即：98－－63＝＝35; 63－－35＝＝28; 35－－28＝＝7; 28－－7＝＝21; 21－－7＝＝14; 14－－7＝＝7.所以，所以，9898与与6363的最大公约数是的最大公约数是7 7练习练习2 2：用更相减损术求两个正数：用更相减损术求两个正数8484与与7272的最大的最大公约数 (12)(12) 3.3.辗转相除法与更相减损术的比较辗转相除法与更相减损术的比较: : （（1 1）都是求最大公约数的方法，计算上辗）都是求最大公约数的方法，计算上辗转相除法以除法为主，更相减损术以减法为主转相除法以除法为主，更相减损术以减法为主; ;计算次数上辗转相除法计算次数相对较少，特计算次数上辗转相除法计算次数相对较少，特别当两个数字大小区别较大时计算次数的区别别当两个数字大小区别较大时计算次数的区别较明显。
较明显2 2）从结果体现形式来看，辗转相除法体）从结果体现形式来看，辗转相除法体现结果是以相除余数为现结果是以相除余数为0 0则得到，而更相减损术则得到，而更相减损术则以减数与差相等而得到则以减数与差相等而得到. . 否否4. 4. 辗转相除法的程序框图及程序辗转相除法的程序框图及程序: :开始开始 输入两个正数输入两个正数m,nm
对数学的贡献，充分认识到我国文化历史的悠久二、教学重难点二、教学重难点重点：重点：1.1.秦九韶算法的特点秦九韶算法的特点; ;难点难点: 2.: 2.秦九韶算法的先进性理解秦九韶算法的先进性理解 . . 〖〖教学设计教学设计〗〗[问题问题1]设计求多项式设计求多项式f(x)=2x5-5x4-4x3+3x2-6x+7当当x=5时的值的算法时的值的算法,并写出程序并写出程序.x=5f=2＊＊x^5-5＊＊x^4-4＊＊x^3+3＊＊x^2-6＊＊x+7PRINT fEND程序程序点评点评:上述算法一共做了上述算法一共做了15次乘法运算次乘法运算,5次次加法运算加法运算.优点是简单优点是简单,易懂易懂;缺点是不通用缺点是不通用,不能不能解决任意多项多求值问题解决任意多项多求值问题,而且计算效率不高而且计算效率不高. 这析计算上述多项式的值这析计算上述多项式的值,一共需要一共需要9次乘次乘法运算法运算,5次加法运算次加法运算.[问题问题2]有没有更高效的算法有没有更高效的算法?分析分析:计算计算x的幂时的幂时,可以利用前面的计算结可以利用前面的计算结果果,以减少计算量以减少计算量,即先计算即先计算x2,然后依次计算然后依次计算的值的值.第二种做法与第一种做法相比第二种做法与第一种做法相比,乘法的运乘法的运算次数减少了算次数减少了,因而能提高运算效率因而能提高运算效率.而且对于而且对于计算机来说计算机来说,做一次乘法所需的运算时间比做一做一次乘法所需的运算时间比做一次加法要长得多次加法要长得多,因此第二种做法能更快地得到因此第二种做法能更快地得到结果结果. [问题问题3]能否探索更好的算法能否探索更好的算法,来解决任意多来解决任意多项式的求值问题项式的求值问题?f(x)=2x5-5x4-4x3+3x2-6x+7=(2x4-5x3-4x2+3x-6)x+7=((2x3-5x2-4x+3)x-6)x+7=(((2x2-5x-4)x+3)x-6)x+7=((((2x-5)x-4)x+3)x-6)x+7v0=2v1=v0x-5=2×5-5=5v2=v1x-4=5×5-4=21v3=v2x+3=21×5+3=108v4=v3x-6=108×5-6=534v5=v4x+7=534×5+7=2677所以所以,当当x=5时时,多项式的值是多项式的值是2677.这种求多项式值的方法就叫这种求多项式值的方法就叫秦九韶算法秦九韶算法. 例例1:用秦九韶算法求多项式用秦九韶算法求多项式 f(x)=2x5-5x4-4x3+3x2-6x+7当当x=5时的值时的值.解法一解法一:首先将原多项式改写成如下形式首先将原多项式改写成如下形式 : f(x)=((((2x-5)x-4)x+3)x-6)x+7v0=2 v1=v0x-5=2×5-5=5v2=v1x-4=5×5-4=21v3=v2x+3=21×5+3=108v4=v3x-6=108×5-6=534v5=v4x+7=534×5+7=2677所以所以,当当x=5时时,多多项式的值是项式的值是2677.然后由内向外逐层计算一次多项式的值然后由内向外逐层计算一次多项式的值,即即 2 -5 -4 3 -6 7x=5105252110510854053426702677所以所以,当当x=5时时,多项式的值是多项式的值是2677.原多项式原多项式的系数的系数多项式多项式的值的值.例例1:用秦九韶算法求多项式用秦九韶算法求多项式 f(x)=2x5-5x4-4x3+3x2-6x+7当当x=5时的值时的值.解法二解法二:列表列表2 2 -5 0 -4 3 -6 0x=5105252512512160560830403034所以所以,当当x=5时时,多项式的值是多项式的值是15170.练一练练一练:用秦九韶算法求多项式用秦九韶算法求多项式 f(x)=2x6-5x5-4x3+3x2-6x当当x=5时的值时的值.解解:原多项式先化为原多项式先化为: f(x)=2x6-5x5 +0×x4-4x3+3x2-6x+0列表列表21517015170 注意注意:n次多项式有次多项式有n+1项项,因此缺少哪一项因此缺少哪一项应将其系数补应将其系数补0. f(x)=anxn+an-1xn-1+an-2xn-2+……+a1x+a0.我们可以改写成如下形式我们可以改写成如下形式:f(x)=(…(anx+an-1)x+an-2)x+…+a1)x+a0.求多项式的值时求多项式的值时,首先计算最内层括号内一首先计算最内层括号内一次多项式的值次多项式的值,即即 v1=anx+an-1,然后由内向外逐层计算一次多项式的值然后由内向外逐层计算一次多项式的值,即即一般地一般地,对于一个对于一个n次多项式次多项式v2=v1x+an-2, v3=v2x+an-3, ……,vn=vn-1x+a0.这样这样,求求n次多项式次多项式f(x)的值就转化为求的值就转化为求n个个一次多项式的值一次多项式的值.这种算法称为这种算法称为秦九韶算法秦九韶算法. 点评点评:秦九韶算法是求一元多项式的秦九韶算法是求一元多项式的值的一种方法值的一种方法.它的特点是它的特点是:把求一个把求一个n次多项式的值次多项式的值转化为求转化为求n个一次多项式的值个一次多项式的值,通过这种转通过这种转化化,把运算的次数由至多把运算的次数由至多n(n+1)/2次乘法运次乘法运算和算和n次加法运算次加法运算,减少为减少为n次乘法运算和次乘法运算和n次加法运算次加法运算,大大提高了运算效率大大提高了运算效率. v1=anx+an-1,v2=v1x+an-2,v3=v2x+an-3, ……,vn=vn-1x+a0.观察上述秦九韶算法中的观察上述秦九韶算法中的n个一次式个一次式,可见可见vk的计算要用到的计算要用到vk-1的值的值. 若令若令v0=an,得得v0=an,vK=vK-1x+an-k(k=1,2,……,n这是一个在秦九韶算法中反复执行的步这是一个在秦九韶算法中反复执行的步骤骤,因此可用循环结构来实现因此可用循环结构来实现.[问题问题]画出程序框图画出程序框图,表示用秦九韶算法求表示用秦九韶算法求5次多次多项式项式f(x)=a5x5+a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0当当x=x0 (x0是任意实数是任意实数)时的值的过程时的值的过程,然后写出程序然后写出程序. 否否程序框图程序框图开始开始输入输入a0,a1,a2,a3,a4,a5输入输入x0n≤5?n=1v=a5v=vx0+a5-nn=n+1输出输出v结束结束是是INPUT a0,a1,a2,a3,a4,a5INPUT x0n=1v=a5WHILE n<=5 v=vx0+a5-n n=n+1WENDPRINT vEND程序程序 作业作业:课本课本P35页练习页练习T2;P38页页A组组T2. 案例案例3 进位制进位制一、三维目标一、三维目标（（a a）知识与技能）知识与技能了解各种进位制与十进制之间转换的规律，会利了解各种进位制与十进制之间转换的规律，会利用各种进位制与十进制之间的联系进行各种进位制之间用各种进位制与十进制之间的联系进行各种进位制之间的转换。
的转换b b）过程与方法）过程与方法学习各种进位制转换成十进制的计算方法，研究学习各种进位制转换成十进制的计算方法，研究十进制转换为各种进位制的除十进制转换为各种进位制的除k k去余法，并理解其中的去余法，并理解其中的数学规律数学规律c c）情感态度与价值观）情感态度与价值观领悟十进制，二进制的特点，了解计算机的电路领悟十进制，二进制的特点，了解计算机的电路与二进制的联系，进一步认识到计算机与数学的联系与二进制的联系，进一步认识到计算机与数学的联系. . 二、教学重难点二、教学重难点重点：各进位制表示数的方法及各进位制重点：各进位制表示数的方法及各进位制之间的转换之间的转换难点：除难点：除k k去余法的理解以及各进位制之去余法的理解以及各进位制之间转换的程序框图的设计间转换的程序框图的设计三、学法三、学法在学习各种进位制特点的同时探讨进位制在学习各种进位制特点的同时探讨进位制表示数与十进制表示数的区别与联系，熟悉各表示数与十进制表示数的区别与联系，熟悉各种进位制表示数的方法，从而理解十进制转换种进位制表示数的方法，从而理解十进制转换为各种进位制的除为各种进位制的除k k去余法 [ [问题问题1]1]我们常见的数字都是十进制的我们常见的数字都是十进制的, ,但但是并不是生活中的每一种数字都是十进制的是并不是生活中的每一种数字都是十进制的. .比如时间和角度的单位用六十进位制比如时间和角度的单位用六十进位制, ,电子计电子计算机用的是二进制算机用的是二进制. .那么什么是进位制那么什么是进位制? ?不同的不同的进位制之间又有什么联系呢进位制之间又有什么联系呢? ?进位制是人们为了计数和运算的方便而进位制是人们为了计数和运算的方便而约定的一种记数系统，约定满二进一约定的一种记数系统，约定满二进一, ,就是二就是二进制进制; ;满十进一满十进一, ,就是十进制就是十进制; ;满十六进一满十六进一, ,就就是十六进制是十六进制; ;等等等等. . “满几进一满几进一”,就是几进制就是几进制,几进制的几进制的基数基数就是几就是几.可使用数字符号的个数称为基数可使用数字符号的个数称为基数. .基数基数都是大于都是大于1 1的整数的整数. . 如二进制可使用的数字有如二进制可使用的数字有0和和1,基数是基数是2; 十进制可使用的数字有十进制可使用的数字有0,1,2,…,8,9等十个等十个数字数字,基数是基数是10; 十六进制可使用的数字或符号有十六进制可使用的数字或符号有0~9等等10个数字以及个数字以及A~F等等6个字母个字母(规定字母规定字母A~F对应对应10~15),十六进制的基数是十六进制的基数是16.注意注意: :为了区分不同的进位制为了区分不同的进位制, ,常在数字常在数字的右下脚标明基数的右下脚标明基数,. ,. 如如111001111001(2)(2)表示二进制数表示二进制数,34,34(5)(5)表示表示5 5进制数进制数. .十进制数一般不标注基数十进制数一般不标注基数. [问题问题2]十进制数十进制数3721中的中的3表示表示3个千个千,7表示表示7个百个百,2表示表示2个十个十,1表示表示1个一个一,从而它可以写成从而它可以写成下面的形式下面的形式:3721=3×103+7×102+2×101+1×100.想一想二进制数想一想二进制数1011(2)可以类似的写成什可以类似的写成什么形式么形式?1011(2)=1×23+0×22+1×21+1×20.同理同理:3421(5)=3×53+4×52+2×51+1×50.C7A16(16)=12×164+7×163+10×162 +1×161+6×160. 一般地一般地,若若k是一个大于是一个大于1的整数的整数,那么以那么以k为为基数的基数的k进制数可以表示为一串数字连写在一起进制数可以表示为一串数字连写在一起的形式的形式anan-1…a1a0(k) (0
