| �W | 計算の手間の評価と計算技術の習得 | |||
| (1) | 計算力の重要さを知れ | |||
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計算力は、 思考力やセンスと同様に大切であり、 それらは互いに関連した力である。 というのは、 計算がしっかりできる人は、 計算をしながら、 先を洞察していくことができ、 その結果推理する力も生じてくるからだ。 計算の達人とは、 正確で速い計算力を有するコンピュータみたいな人か、 または、必要最小限の計算だけで 計算を済ませることができる人のことである。 当然、後者を目指せ。 そして「計算の手間を考えてから 解法を決定する」 ということを勉強しなければならない。 |
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| (2) | 計算間違いをしないためには | |||
| 計算間違いが多い個所には、次のものがある。 [1] 四則演算 [2]分数式における通分 [3]無理数、指数、対数の計算 [4]3角関数の計算 [5]微分 [6]積分 [7]行列の演算 これ以外に、各人の心構えの範疇(ハンチュウ)に属するものに、 [8]かっこを外す際の符号ミス [9]絶対値を外す際のミス [10]添え字ミス [11]書き間違え [12]写し間違え 上のどれかをしている最中に、ミスを犯すのである。 そこで、その犯しやすい個所を なるべく避けてとおる、 または、計算量を減らす工夫 をするべきである。 そのためには、 次のことを考えなくてはいけない。 (1) 思いつく解法のあらすじを ごく簡単に箇条書きにする。 (2) 上述の解法を用いた際に要する 計算量と時間を見積もる。 (3) 計算量を減らす手だてを考える。 そのためには [a]図を使って計算を省けないか。 [b]置き換えをすることによって、 大変な計算を少しでも楽にできないか。 例えば、 分数、無理数、指数、対数絶対値記号、微分、積分 などにおいて。 (4) 計算をする代わりに、 理論的に議論することで決着がつけられないか。 (5) 場合分けをして、 各場合の計算が楽にならないか。 (6) 対応、対称性、周期性などの規則を捉えて、 体系的に計算することができないか。 (7) 適切な媒介変数を導入し、 計算量を減らせないか。 (8) 公式を間違わないように使うために、 扱っている素材が標準形に直されてあるか。 例えば、接線の方程式や、単振動の合成。 (9) 幾何学的知識に基づき計算量を減らせないか。 例えば、 相似比、正射影、拡大や縮小の比率 を利用する。 (10) 適切な記号や座標を導入し、 計算を減らせないか。 (11) 対称性があるときに、 “同様に”ということばで逃げられないか。 (12) “一般性を失うことなく”という言葉を使うことによって 同様の計算の繰り返しを避けられないか。 |
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| (3) | 検算する習慣をつけよう | |||
| 多くの場合、検算する余裕はない。 だから、答えが怪しいと思うものだけを 検算することが能率的である。 (1) 答えが不自然なものはないか。 すなわち、√5615 などは、めったに出てこない。 出てくる無理数の80%以上は √2か√3である。 (2) 答えが妥当性のあるものか否か。 例えば、sinの値が1.2になったり、 面積が負の値になったり、 確率の値が1を超えたり。 (3) 全ての場合の検算をするのが大変なときは、 特別の場合についてだけでも チェックしておくことが大切である。 |
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| �X | テーマ別に解法を整理しよう | |||
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数学の問題を解く力と、 授業中(または参考書を読んで)解答を理解する力 とは少し違いがある。 当然、前者は即得点につながるが、 後者は必ずしもそうではない。 何故このような悲劇が生ずるのか、 その原因を考えてみよう。 このようなタイプの生徒はおおむね真面目だが、 応用が効かなかったり、 柔軟性に欠けていたりする。 授業で解説された問題を少し変えて出題されると, その少しの変化についていけなくなる。 すなわち,問題の形式的な少々の変化が, 本質を大きく左右し, 解法を大はばに変えなくてはならないことがある。 だから本質を見抜く力(II)や 柔軟な思考力(�V)を 養っておかなければならないのだ。 そのための対策として, テーマ(分野, トビックス,シヤンル)別に 解法を整理しておくのがよい。 例えば“関数と変域が与えられているとき, その最大値,最小値を求めよ” という最大値,最小値問題について考えてみよう。 (1) その関数の変数が1個なのか複数個なのか (2) その関数の次数が 1次なのか,2次なのか,3次なのか, それ以上なのか。 または, 分数関数,3角関数や,対数関数,…… なのか (3) その関数には 何らかの意味で対称性がないか (4)変域が閉区間なのか,開区間なのか。 2変数関数ならば, 変域がxy平面上の円(だ円)周上か, 円(だ円)の内部なのか, それとも長方形か,ひし形か, それ以外の領域なのか 上述の事柄をチェックした後, 10通り以上もある最大値。 最小値問題の解法を決定していくのである。 すなわち,問題文の少々の違い (実は本質的な違いになり得る)を 見逃さないで, 個々の問題の本質にかなった最良の解法を 決定しなければならない。 参考のために 最大値・最小値問題の解法パターンを列挙してみよう。 |
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| A | 1変数のとき | |||
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:y=f(x),a≦x≦b (1)f(x)が1次関数のとき,f(a),f(b)の大きい方が最大値 (2)f(x)が2次関数のとき,平方完成 (3)f(x)が3次以上の関数のとき, [a]微分して,増減表を書く [b]変数を置き換えて,次数を減らす工夫をする(合成関数にする) (4)3角関数のとき,単振動の合成や変数変換をする。 (5)相加・相乗平均の関係を利用する。 上述のように変数が一つの関数y=f(x)でさえ, いくつもの解法があり、 与えられた問題の条件の微妙な変化をしっかり見抜き, その問題にはどの解法を用いるかを 判断しなければならないのである。 変数が2個以上ある関数, 例えばz=f(x、y)の最大値・最小値問題 においてもその解法は 5, 6通りもあるのである。 |
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| B | 2変数のとき | |||
| :z=f(x、y) (1)変数変換する [a]x+y=s、xy=tとおく [b]x=cosθ,y=sinθとおく [c] その他の置き換え (2)変域を表す領域と, z=f(x、y)のzを媒介変数とみなしたときの 直線(または曲線)群が共有点をもつような zの最大値(または最小値)を求める。 (3)2変数xまたはyの一方を固定し(例えばyを固定), xだけの関数とみなし, xを変城内で動かしたときの 最大値(または最小値)を求める。 次にyを変数として含む最大値の中の最大値を, yを変化させることによって求める方法 (4)絶対不等式 (相加・相乗平均の関係や コーシー・シュワルツの不等式etc.) を利用する方法 (5)ベクトルの内積を利用する方法 だから,まずそれらの解法を十分に理解し, その後,どのような点に注意すれば解法が決定できるのか のノウハウをもマスターしなければならない。 一つのテーマで数多くの解法があるのは, 特に次のものがある。 �@ 不等式の証明法 �A最大値・最小値問題 �B軌跡の問題 �C立体の体積の問題 �Dものの個数を数える問題 �E整数問題 �F微分方程式の解法 �G漸化式から一般項を求める問題 �H図形に関する問題 勉強したら、しただけデキルようになるような 学習法を自分の手で確立しなければならない。 そして能率的な学習をし, 将来立派な学力を身につけてほしい。 |
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