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数学之美(27)——形形色色的“算图”

数学之美(27)——形形色色的“算图”

作者: 刷牙喝凉白开 | 来源:发表于2019-05-08 11:26 被阅读107次

数学教育不仅要介绍知识给学生,还必须将自身固有的规律展示给学生,使学生不仅获得知识,还能受到美的熏陶。

今天就介绍几个简单的“算图”,了解下这些“算图”不一样的应用.

1. “尺子算图”(抖音上很火的)(加减法)

这在抖音上很火的一个教小孩子10以内加减法的“神器”,它的制作很简单,将两个同样的带有刻度的直尺相对放置即可,比如上图的将下面尺子向左移动一个格,下面尺子的“1”就和上面尺子的“8”对应了,两个尺子的“0”就和另一个尺子的“9”对着了,说明:1+8=9. 原理很简单,教给小孩子很好玩,也有趣。

当然,如果我们将尺子放大,刻度更精细,再增添上负数,那么不仅可以计算100以内加减法,负数的加减法也可以,刻度精确到十分位的话,小数的加减也可以进行。(前提是视力要好,能分辨出来数字~~)

小数加法

按照对应关系:0+1.4=1.2+0.2=1+0.4=0.8+0.6

负数加法

按照对应关系:2+(-5)=1+(-4)=0+(-3)

2. “尺子算图”( 乘除法 )

除了可以用于加减算法外,还能用于乘除法的计算. 不过尺子数字要改变,我们就举个最简单的例子,计算2的幂(乘方).

如图,根据对应关系,可知:1×128=2×64=4×32=8×16=256×0.5=1024×0.25=……

可这个尺子非常有局限性,没有3,没有7,如果计算3×7怎么办呢?

没错,一个大神出现了,苏格兰数学家约翰·纳皮尔. 国外不像我们中国有九九乘法表这个神器,计算乘除法得心应手,他们很痛苦的,于是他一怒之下发明了个神器——纳皮尔的骨头. 他的著作《Rabdologia》,里面详细介绍了他的乘除法,乘方、开方的方法.

纳皮尔的骨头

3. “并联电阻值”算图

我们知道,对于并联电路中两个电阻R1和R2,并联后的总电阻为R,它们之间的关系是:

总电阻的倒数等于两个电阻的倒数的和. 即

我们能不能借助算图,不通过计算,较为准确的看出来两个并联电阻后的电阻值呢?

我们首先作出一个坐标系,坐标原点开始超正半轴标相同的刻度,画上方格线,再作两轴的角平分线OD,OD上的标尺与纵轴相对应,以横轴上的数字代表R1,数轴上的数字代表R2,将两点连线,与OD的交点的数即是R.

见下图.

我们取R1=R2=4,连线(蓝色)与OD交点为2,即R=2;

取R1=2,R2=6,连线(绿色)与OD交点为1.5,即R=1.5.

……

原理如下图:

以OA代表R2,OB代表R1,OC代表R

三角形OAB的面积=三角形OAC的面积+三角形OBC的面积

所以OA×OB=OC×AE+OC×BF

所以,可以得到:

而,等式左边正好是其在OD线上的刻度数. 

在计算要求精度不高,采用此图可以很方便、快捷算出结果,当然,精度要求较高时还说要动笔计算的。

此外,还有其它的“算图”,比如单位圆里计算角的正弦值,余弦值,正切值等等;一次函数、二次函数等用于求解方程的算图。

图算法优点是快捷、方便,缺点必须先画图,且结果的精度不高。如果对结果精度要求不是很高的话,这个方法还是比较好用的。

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