指数与对数的运算性质(指数与对数之间的关系)

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研讨素材一








一、教材分析

教材截图

(考虑到部分教师未有2019版课本,这里对教材截个图)

教材分析:

1.内容:

对数的定义、表示法、性质,以及指、对数之间的关系.

2.内容解析:

    16、17世纪之交,苏格兰数学家纳皮尔在研究天文学的过程中发明了对数,为数学家们在运算中赢得了时间与精力.对数发明20多年后法国数学家笛卡尔开始使用指数符号,数学家们开始关注指、对数之间的关系.直到18世纪,瑞士数学家欧拉才发现了指数与对数的互逆关系,他首先使用y= 来定义.至此,人们彻底揭示了对数本质,完善了指、对数的知识体系和数学运算体系.对数的发明先于指数,也成为数学史上的珍闻.

   事实上,对数的本质是一种运算.随着人们对指数的认识的不断深入,总会遇到诸如“在方程=2中求解x”的问题,即“已知底数和幂的值,求指数”.在数学运算体系的建立过程中,人们也经历了多次类似的情况,例如在加法运算中已知一个加数与和,求另一个加数时引入了“差”的概念;在乘法运算中已知一个因数与积,求另一个因数时引入了“商”的概念;在乘方运算中已知指数与幂,求底数时引入了“数的n次方根”的概念.

     在计算机发明以前,以10为底的对数在复杂的数值计算中是常用的工具,故有“常用对数”之名,常用对数是纳皮尔和他的朋友布里格斯一起商定得出的.另外,在科技、经济以及社会生活中经常使用以无理数e=2.71828…为底的对数,以e为底数,许多式子都能得到简化,用它是最“自然”的,所以称之为“自然对数”.

    欧拉指出:“对数源出于指数”,也就是说对数与指数之间存在必然的联系: 当a>0,且a≠1时,.利用这一关系,我们可以实现对数式与指数式之间的互化.代数学的根源在于运算,“运算中的不变性、规律性”是发现“代数性质”的引路人,通过这种互化运算,我们可以得出对数的下列性质:

(1)负数和0没有对数.

当对数中的真数N为负数或者0时,对数没有意义.这是由于在实数范围内,正数的任何次幂都是正数.因而=N中的N总是正数.

(2)(a>0,a≠1).指数式中存在着诸如的性质,将这两个指数式化为对数式即可得到对数的上述性质.

从对数的发明过程可以看到,社会生产、科学技术的需要是数学发展的主要动力.建立对数与指数之间联系的过程表明,使用较好的符号体系和运算规则不仅对数学的发展至关重要,而且可以大大减轻人们的思维负担.

因此,本节课的教学重点是:以“指数与对数的关系”为指引,发现和应用对数的概念.

二、目标与目标解析

1.目标:

(1)了解对数产生的历史及背景,体会对数概念提出的必要性,发展数学人文素养;

(2)经历概念的形成过程,理解对数的概念,发展数学抽象核心素养;

(3)理解指、对数的关系,掌握指、对数式的互化,发展数学运算核心素养.

2.目标解析

(1)学生知道对数发明的历史,能在求解诸如=2的方程中体会到对数概念提出的必要性;

(2)学生能将所求方程中的x准确表示出来,能认识和表示常用对数和自然对数;

(3)学生能清楚指出指、对数之间所具有的关系,在指、对数式中指明各个字母的意义,能熟练地进行指、对数的互化.通过两式的互化,能够得出和证明对数的性质.

三、教学问题诊断分析

      本节课第一个学习难点是对数概念,虽然学生可以根据以往经验提出新概念建立的必要性,但是就像差、商、数的n次方根等概念的提出一样,每一次新概念的提出都与学生以前的认知产生矛盾,因此需要适应和熟悉,而这样的过程在对数这一概念上显得尤为漫长.在以往的学习过程中,涉及“差”的概念的减法是加法的逆运算,涉及“商”的概念的除法是乘法的逆运算,涉及“数的n次方根”的概念的开方运算是乘方的逆运算,对于对数这一概念,可以类比以往的互逆运算的关系进行认识.即使这样,减法、除法、开方等运算还是比较直观、容易理解的,但是由于对数所处运算级别较高,因此在教学中需要反复训练,使得学生尽快熟悉.

第二个学习难点是在对指、对数的关系的认识上,学生往往只在表面上认识了对数概念,没有紧扣定义,充分发掘定义中指、对数之间的关系.为此可以借助图表、式中连线等简单直观的方式对指、对数式进行对照,在此过程中学生可以进一步理解对数概念,揭示指、对数之间的关系,特别是在对字母x的认识中可以明确“对数即指数”这一本质;也可以借助已有知识进行突破,例如借助指数函数中的变量对应关系揭示指、对数之间的关系.

教学重点、难点

重点:以“指数与对数的关系”为指引,发现和应用对数的概念.

难点:

1.对数概念,

2.指、对数之间的关系

四、数学学科素养

1.数学抽象:对数的概念;

2.逻辑推理:推导对数性质;

3.数学运算:用对数的基本性质与对数恒等式求值;

4.数学建模:通过与指数式的比较,引出对数定义与性质。

五、教学过程:见《研讨素材二》








研讨素材二








下面再提供一个不同于课本的对数概念引入示例

  创设情境提出问题

一般情况








研讨素材三








2.2.1对数与对数运算
2.2.2对数函数及其性质

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1.1集合的概念 (2019版新教材)

1.5.1 全称量词与存在量词(2019版新教材)

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3.3 幂函数教学设计(2019版新教材)

4.1指数(第1课时)4.1.1 n次方根与分数指数幂(2019版新教材)

4.1指数(第2课时)4.1.2 无理数指数幂及其运算性质(2019版新教材)





四、教材习题答案








    根据文末留言的要求,考虑到初三上高一学生预习的需要,这里提供教材的练习、习题及复习参考题等等习题答案,可能有错漏,仅供各位学生朋友参考。

相关:第一、第二章更多习题答案点此





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