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  • 1 # 靜色

    2 數學競賽的的基本內容

    國際數學競賽的開展導致了競賽數學的誕生,競賽開始的那些年頭,其內容主要是中學教材中的代數方程、平面幾何、三角函數,經過40多年的發展,已形成一個源於中學數學又高於中學數學的數學新層面,其思想方法逐漸與現代數學的潮流合拍.對1-51屆IMO試題(1959-2010)的統計表明,競賽數學正相對穩定在幾個重點內容上,可以歸結為四大支柱、三大熱點.

    四大支柱是:代數,幾何,初等數論,組合初步(俗稱代數題、幾何題、算術題和智力題).三大熱點是:組合幾何、組合數論、集合分拆.

    2-1 代數

    代數是中學數學的主體內容,其在競賽中占據重要地位是理所當然的,已廣泛涉及恆等變形、方程、函數、多項式、不等式、數列、複數、函數方程、矩陣等方方面面.近年的重要特點是:

    (1)出現集中的趨勢.

    統計表明,近30年來,難度較小的問題(如恆等變形、單一的解方程等)消失了,明顯超出中學範圍的問題(如矩陣等)也消失了,代數問題正在不等式、數列、函數方程上集中,這表明IMO代數題的命題趨向是,既在努力避開有求解程式的內容、提高試題的難度,又在儘力避免超出中學生的知識範圍,而在思維的靈活性、創造性上做文章.

    (2)運算與論證的綜合.

    中學代數偏重於運算,並且常常有程序化、機械化的優勢(運算可以看成是機械化的推理).作為高層次的競賽,停留在運算的熟練和準確上是不夠的,因而IMO的代數題常以抽象論證的面目出現,並且時間也允許進行大數字、多字母、多環節的硬運算,一方面精確的演算為推理提供論據,另一方面論證推理又提出演算的需要、兩者相輔相成.從理解題意開始,到運算結構的分析、運算階段的連接,乃至整個解題程序的調控,都有運算與論證的交互推進,這構成了IMO代數題的一個發展趨勢,也體現著代數思維的一般性和從過程到對象(凝聚)等特徵.(預賽表明,是我們的一個弱點)

    (3)與數論、組合、幾何的交叉.

    代數知識在各個學科中都有基礎的作用,無論哪一門中學數學分支都少不了代數運算. IMO試題避開常規代數題的同時,正在加強與各個學科的綜合,不等式不僅有大量的數列不等式、最優化背景不等式,而且有越來越多的幾何不等式、數論不等式、組合不等式:方程知識也在數論問題、幾何問題或其他離散問題中屢屢出現.

    2-2 幾何

    歐幾里得的幾何雖然古老,但在提供幾何直覺和理性思維方面仍有不可替代的教育價值(許多科技工作者由此而啟蒙),因而,歷來受到數學競賽的青睞,平面幾何證明已經屬於IMO的屆屆必考的內容,少則1題,多則2-3題.中國高中聯賽加試(二試)和冬令營考試,也是年年必有平面幾何題.

    IMO中的幾何問題,包括平面幾何與立體幾何,但以平面幾何為主,立體幾何題從第22屆(1981)開始已經20多年沒有出現了,這一方面是組合幾何的湧入,另一方面是新穎的立體幾何題不好找,有的過淺,有的過舊,有的過難.

    (1)幾何題的內容.

    IMO的平面幾何數量較多、難度適中、方法多樣,可以分成三個層次.

    第一層次,是與中學教材結合比較緊密的常規幾何題,雖然也有軌跡與作圖,但主要是以全等法、相似法為基礎的證明,重點是與圓有關的命題,因為圓的命題知識容量大、41

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