欧拉公式的三维演示

欧拉公式的三维演示
欧拉公式的三维演示

下面的MATLAB 程序以三维形式演示欧拉公式

Exp(t) = cos(t) + j sin(t)

%

% 本程序演示欧拉公式

% Jan.25th,2012

%

h_fig1 = figure;

set(h_fig1, 'unit', 'normalized', 'position', [0.1, 0.1, 0.9, 0.9]);

set(h_fig1, 'defaultuicontrolunits', 'normalized');

h_text1 = uicontrol(h_fig1, 'Style', 'text', 'Position', [0.71, 0.73, 0.25, 0.05],... % 创建文本框

'String', '▲是cos 曲线的起点', 'ForegroundColor', 'r', 'FontName', '黑体',...

'FontSize', 12, 'FontWeight', 'Bold', 'BackgroundColor', [1, 1, 1]);

h_text2 = uicontrol(h_fig1, 'Style', 'text', 'Position', [0.71, 0.78, 0.25, 0.05],... % 创建文本框

'String', 'Δ是sin 和exp 曲线的起点', 'ForegroundColor', 'r', 'FontName', '黑体',...

'FontSize', 12, 'FontWeight', 'Bold', 'BackgroundColor', [1, 1, 1]);

h_pushbutton1 = uicontrol(h_fig1, 'Style', 'PushButton', 'Position', [0.82, 0.12, 0.07, 0.06],...

'string', '退出', 'BackgroundColor', [0.8 0.9 0.8], 'ForegroundColor', 'r', 'FontSize', 14, 'FontWeight', 'Bold',...

'callback', 'delete(h_fig1),')

h_axes0 = axes('Box', 'on', 'Position', [0.15, 0.18, 0.56, 0.68], 'FontSize', 8)

set(gcf,'color','w');

w = 0.1*pi

t = 0:40; % 在前进方向绕了2 圈

%

a = -ones(1,length(t));

plot3(cos(w*t),t,sin(w*t),'b', 'LineWidth', 2);

grid on; hold on;

hc = plot3(cos(w*t),t,a,'k--'); hold on;

set(hc, 'Color', 'r', 'LineWidth', 2);

a=-a;

hs = plot3(a,t,sin(w*t),'r-.'); hold on;

set(hs, 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);

text(0.7,0.3,0.6, ' <-- CCW', 'FontSize', 14, 'FontWeight', 'Bold'); text(1,0,-1, ' ▲Cos', 'Color', 'r', 'FontSize', 14, 'FontWeight', 'Bold'); text(1,0,0, ' Δ Sin', 'FontSize', 14, 'FontWeight', 'Bold');

%

xlabel('x', 'FontSize', 14, 'FontWeight', 'Bold');

ylabel('t', 'FontSize', 14, 'FontWeight', 'Bold');

zlabel('y', 'FontSize', 14, 'FontWeight', 'Bold');

title('演示欧拉公式y = exp(jwt) = cos(wt) + jsin(wt)', 'Color', 'b', …

'FontSize', 18, 'FontWeight', 'Bold');

%

line([-1,-1],[39.9,39.9],[-1,1],'LineWidth',3, 'Color', 'r');

line([1,1],[39.9,39.9],[-1,1],'LineWidth',3, 'Color', 'r');

line([-1,-1],[0,0],[-1,1],'LineWidth',3, 'Color', 'r');

line([1,1],[0,0],[-1,1],'LineWidth',3, 'Color', 'r');

line([-1,-1],[0,40],[-1,-1],'LineWidth',3, 'Color', 'k');

line([-1,1],[0,0],[-1,-1],'LineWidth',3, 'Color', 'b')

line([-1,1],[40,40],[1,1],'LineWidth',3, 'Color', 'b')

line([-1,1],[40,40],[-1,-1],'LineWidth',3, 'Color', 'b')

line([-1,1],[0,0],[1,1],'LineWidth',3, 'Color', 'b')

line([-1,1],[0,0],[0,0],'LineWidth',2, 'Color', 'k');

line([0,0],[0,0],[-1,1],'LineWidth',2, 'Color', 'k');

line([0,0],[40,40],[-1,1],'LineWidth',2, 'Color', 'k');

line([0,0],[0,40],[0,0],'LineWidth',2, 'Color', 'k');

line([-1,1],[40,40],[0,0],'LineWidth',2, 'Color', 'k');

line([0,0],[0,40],[0,0],'LineWidth',2, 'Color', 'k');

text(0,0,0.12,'O', 'FontSize', 14, 'FontWeight', 'Bold', 'Color', 'r')

text(0,40,0.12,'O', 'FontSize', 14, 'FontWeight', 'Bold', 'Color', 'b')

程序运行结果如下所示。

按下工具条的Tool | Rotate 3D 选项,用鼠标带动上述的图形,可以任意改变视角。

多面体欧拉公式的发现(一)

●教学时间 第九课时 ●课题 §9.9.1 研究性课题:多面体欧拉公式的发现(一) ●教学目标 (一)教学知识点 1.简单多面体的V、E、F关系的发现. 2.欧拉公式的猜想. 3.欧拉公式的证明. (二)能力训练要求 1.使学生能通过观察具体简单多面体的V、E、F从中寻找规律. 2.使学生能通过进一步观察验证所得的规律. 3.使学生能从拓扑的角度认识简单多面体的本质. 4.使学生能通过归纳得出关于欧拉公式的猜想. 5.使学生了解欧拉公式的一种证明思路. (三)德育渗透目标 1.通过介绍数学家的业绩,培养学生学习数学大师的献身科学、勇于探索的科学研究精神、激发学生对科学的热爱和对理想的追求. 2.培养学生寻求规律、发现规律、认识规律,并利用规律解决问题的能力. ●教学重点 欧拉公式的发现. ●教学难点 使学生从中体会和学习数学大师研究数学的方法. ●教学方法 指导学生自学法 首先通过问题1利用具体实物,从观察入手,培养学生对简单多面体V、E、F关系的感性认识从中寻找规律,问题2让学生作进一步观察、验证得出规律,问题3让学生在认识简单多面体的基础上,通过归纳,得出关于欧拉公式的猜想,再通过问题4让学生了解欧拉公式的证明思路,即从理论上探索对发现规律的证明. 以上4个问题逐步深入地展开,旨在不仅使学生在知识上有新的收获,同时应体会和学习研究数学的思想和方法. ●教具准备 投影片三张 第一张:课本P56的问题1及表1(记作§9.9.1 A) 第二张:课本P57的问题2及表2(记作§9.9.1 B) 第三张:课本P57的问题3及P58的问题4(记作§9.9.1 C) ●教学过程 Ⅰ.课题导入 瑞士著名的数学家,是数学史上的最多产的数学家,他毕生从事数学研究,他的论著几乎涉及18世纪所有的数学分支.比如,在初等数学中,欧拉首先将符号正规化,如f(x)表示函数,e表示自然对数的底,a、b、c表示△ABC的三边等;数学中的欧拉公式、欧拉方 程、欧拉常数、欧拉方法、欧拉猜想等.其中欧拉公式的一个特殊公式e iπ+1=0,将数学上的5个常数0、1、i、e、π联在一起;再如就是多面体的欧拉定理V-E+F=2,V、E、F分别

《假如我是欧拉……多面体欧拉定理的发现》教案及说明

假如我是欧拉…… ——多面体欧拉定理的发现 一、教学目的 1、了解欧拉公式,并体现公式的发现过程。 2、进一步让学生体会多面体的三种基本量:点、线、面是立体几何的主要研究对象; 3、通过体验欧拉公式的发现过程,培养学生自主学习的能力; 4、让学生再次体验几何体的美; 5、在情感上培养学生换位思考方式及理解伟人的坚韧不拔的精神。 二、教学重点 1、体验欧拉公式的发现过程及再次认识组成多面体的基本量:点、线、面; 2、让学生在体验过程中培养学生自主学习的能力。 三、教学难点:学生在发现过程中体验到数学思想和方法。 四、教学过程

t

教案设计说明 本节课设计为“研究性学习课题”。以介绍伟人欧拉的生平作为引入,激发学生学习欧拉公式的兴趣;利用换位思考的形式,让学生假设自己是欧拉,通过一系列问题设计:怎样产生问题——怎样研究问题——怎样完善结论——应用,引导学生进行探究,在探究过程中,亲身体验欧拉公式的发现过程;最后对整个过程进行反思,让知识在反思中得到升华。 本节课这样设计的目的是在知识上,让学生了解欧拉公式,体会欧拉公式给出的是等量关系,这个等量关系刻划的是多面体的拓扑不变性,初步了解拓扑学;并在探究的过程中让学生不断体会到欧拉公式给出的是多面体的顶点数、面数、棱数这三者的数量关系,从而进一步让学生明确多面体的三个基本量:点、线、面。 在情感上,本节课以介绍伟人欧拉的生平作为引入,目的在于让学生了解欧拉,体会欧拉坚韧不拔的精神。并且让学生假设自己是欧拉,重走欧拉公式的发现历程,进一步激发学生探究的兴趣,同时培养学生换位思考的方式。 在能力上,采用换位思考的方式,让学生假设自己是欧拉,引导学生进行探究,让学生在每一个问题的探究中获取更多的思想和方法。其中问题一:怎样产生这一想法的解决,让学生通过独立思考、交流讨论和发表见解等形式,领悟到提出问题的重要性,培养学生要问——好问——善问的良好习惯,并从中体会到数学中类比和归纳的思想。通过前面三大问题的设置:怎样产生问题——怎样研究问题——怎样完善结论,让学生体会得出研究问题的方式方法:提出问题——归纳——猜想——论证,并且培养学生严谨的治学态度。最后问题四的解决,使学生对整个过程进行一个回顾,进行反思和总结,老师对学生的反思总结进行整理和升华,让学生意识到学习中反思和总结的重要性,并最终体会到自主学习的重要性。

研究性多面体欧拉定理的发现(一)

9.10研究性多面体欧拉定理的发现(一) 教学目的: 1.了解多面体与简单多面体的概念、发现欧拉公式. 2.培养学生发现问题、探究问题、归纳总结能力. 教学重点:欧拉公式的发现过程. 教学难点:欧拉定义及其证明. 授课类型:新授课. 课时安排:3课时. 教具:多媒体、实物投影仪. 内容分析: 本节为研究性课题.通过研究欧拉定理的发现过程,让学生了解欧拉公式及其简单应用,扩大学生的知识面,培养学生学习数学的兴趣. 教学过程: 一、复习引入: 1.欧拉生平事迹简说:欧拉(Euler),瑞士数学家及自然科学家.1707年4月15日出生于瑞士巴塞尔的一个牧师家庭,自幼受父亲的教育,13岁入读巴塞尔大学15岁大学毕业,16岁获硕士学位,1783年9月18日于俄国彼得堡去逝.(详细资料附后) 2.多面体的概念:由若干个多边形围成的空间图形叫多面体;每个多边形叫多面体的面,两个面的公共边叫多面体的棱,棱和棱的公共点叫多面体的顶点,连结不在同一面上的两个顶点的线段叫多面体的对角线.3.凸多面体:把多面体的任一个面展成平面,如果其余的面都位于这个平面的同一侧,这样的多面体叫凸多面体.如图的多面体则不是凸多面体. 4.凸多面体的分类:多面体至少有四个面,按照它的面数分别叫四面体、五面体、六面体等. 二、讲解新课: 1.简单多面体:考虑一个多面体,例如正六面体,假定它的面是用橡胶薄膜做成的,如果充以气体,那么它就会连续(不破裂)变形,最后可变为一个球面.如图:象这样,表面经过连续变形可变为球面的多面体,叫做简单多面体. 说明:棱柱、棱锥、正多面体等一切凸多面体都是简单多面体.

⑹ 发现:它们的顶点数V 、面数F 及棱数E 有共同的关 系式:2V F E +-=. 上述关系式对简单多面体都成立. 3.欧拉公式的探究 1.请查出图⑹的顶点数V 、面数F 、和棱数E ,并计算V +F -E =6+6-10=2 2.查出图⑺中的顶点数V 、面数F 、和棱数E ,并验证上面公式是否还成立? 3.假如图⑸→图⑻的多面体表面是像皮膜,向内充气则⑸⑹将变成一个球面,图⑺将变成两个紧贴的球面,图⑻将变成一个环面. 可以验证:只有像⑸⑹这样,经过连续变形,表面能变为一个球面的多面体才满足公式V +F -E =2.这个公式称为欧拉公式,这样的多面体称为简单多面体. 4.欧拉定理(欧拉公式):简单多面体的顶点数V 、面数F 及棱数E 有关系式: 2V F E +-=. 证明:(方法一 ) (10) D D ⑴如图⑽:将多面体的底面ABC DE 剪掉,抻成平面图形,其顶点、棱数,面数(剪掉面用右图中ABC DE 表示)均没有变,故所有面的内角总和不变. ⑵设左图中共有F 个面,分别是12,,,F n n n 边形,顶点数为V ,棱数为E,则122F n n n E +++=. 左图中,所有面的内角总和为 ?-++?-+?-180)2(180)2(180)2(21F n n n =?-+++180)2(21F n n n F =?-180)22(F E ()360E F =-? ⑶右图中,所有面的内角总和为 V 360V 2180V 2180()????下下上+(-)+(-)剪掉的底面内角和 =0V V 2360(2)360V ?=-上上(+-)

高二数学欧拉公式-word文档

高二数学欧拉公式 教学目标: 1、了解简单多面体的概念,掌握多面体的欧拉公式。 2、会用欧拉公式解题,了解欧拉公式的证明方法。 3、通过学生的主动参与,培养他们观察发现规律并证明所得猜想的能力 教学重点:简单多面体的欧拉公式 教学难点:简单多面体概念,欧拉公式的应用 教学过程 复习引入 ⑴什么是多面体?多面体的面?多面体的棱?多面体的顶点? 问题1:课本P52有5个多面体,试分别写出它们的顶点数V,面数F和棱数E ⑶观察上述数据,写出你发现的规律 二.新课讲解 欧拉公式 问题2:从上看出有V+E-F=2,再看课本P57表格上方的几个多面体,分别写出它们的顶点数V,面数F和棱数E,并回答它们是否满足上面的规律。 问题3:若上面的多面体的表面都是用橡皮簿膜制作的,并且可以向它们的内部充气那么那些多面体能够连续变形,最后其表面可变为一个球面?那些变为环面?那些变为对接的

球面? 简单多面体:在连续的变形中,表面可变为一个球面的多面体,叫做简单多面体 思考:前面的多面体中那些是简单多面体?棱锥,棱柱,正多面体,凸多面体是不是简单多面体? 将问题1、2、3联系起来,能得出什么猜想?用式子表示你的猜想? V+F﹣E=2此公式叫做欧拉公式 二、欧拉公式的证明 ⑴将多面体转化为由多边形组成的平面图形 ⑵变形中的不变量 ⑶计算多边形的内角和 ①设多面体的F个面分别是n1,n2,nF边形,各个面的内角总和是多少? ②n1+n2++nF和多面体的棱数E有什么关系? ③设图中的最大的多边形为m边形,则它的内角和是多少?它的内部包含的其他多边形的顶点数是多少?所有其他多边形内角总和是多少? ④图中所有多边形的内角总和是多少?它是否等于 (V-2)360? 从上有(E-F)360=(V-2)360 所以V+F-E=2

同济大学钢结构演示实验H型柱

H型截面轴心受压构件试验 1、试验目的 (1)认识和了解H型截面轴心受压钢构件的整体稳定实验方法,包括试件设计、实验装置设计、测点布置、加载方式、试验结果整理与分析等。 (2)观察记录H型截面轴心受压柱的失稳过程和失稳模式,进而加深对其整体稳定概念的理解。 (3)将柱子理论承载力和实测承载力进行比较,加深对H型截面轴心受压构件整体稳定系数及其计算公式的理解。 (4)利用理论知识,实测出实验对应的H型钢轴心受压的稳定系数。 2、实验原理 根据钢结构基本原理可知,轴心受压钢构件的主要破坏形式是整体失稳破坏。 轴心受压构件在轴心压力较小时处于稳定平衡状态,随着轴心压力的增加,轴心受压构件会由稳定平衡状态逐步过渡到随遇平衡状态,这时如有微小干扰力使其偏离平衡位置,则在干扰力除去后,将停留在新的位置而不能回复到原先的平衡位置。当轴心压力超过临界压力后,构件就不能维持平衡而失稳破坏。实际轴心压杆与理想轴心压杆有很大区别。实际轴心压杆都带有多种初始缺陷,如杆件的初弯曲、初扭曲、荷载作用的初偏心、制作引起的残余应力,材性的不均匀等等。这些初始缺陷使轴心压杆在受力一开始就会出现弯曲变形,压杆的失稳属于极值型失稳。

2.1 弹性微分方程 钢结构受压杆件一般都是开口薄壁杆件。根据开口薄壁理论,具有初始缺陷的轴心压杆的弹性微分方程为 ()0 00x EI v v Nv Nx θ''''-+-= (1) ()0 00y EI u u Nu Ny θ''''-++= (2) ()()20 t 00000EI GI Nx v Ny u r N R ωθθθθθθ''''----++-= (3) y,v x,u 图1 H 型截面受压柱 根据以上的式子,我们可以看出,双轴对称截面轴心压杆在弹性阶段工作时,三个微分方程是互相独立的,可以分别单独研究。 在弹塑性阶段,当研究第一个式子时,只要截面上的残余应力对称于y 轴,同时又有00u =和00θ=,则该式将始终与其他两式无关,可以单独研究。这样,压杆将只发生y 方向的位移,整体失稳呈弯曲变形状态,成为弯曲失稳。同样,第二个式子也是弯曲失稳,只是弯曲失稳的方向不同而已。对于第三个式子,如果残余应力对称于x 轴和y 轴分布,同时假定,u 0=0,v 0=0,则此时压杆只发生绕z 轴的转动,失稳时杆件呈扭转变形状态,称为扭转失稳。 故存在三种失稳情形,即绕x 轴弯曲或绕y 轴弯曲或绕杆轴的扭转失稳。三

多面体欧拉公式的发现(二)共9页

●教学时间 第十课时 ●课题 §9.9.2 研究性课题:多面体欧拉公式的发现(二) ●教学目标 (一)教学知识点 1.欧拉公式的证明. 2.欧拉公式的应用. (二)能力训练要求 1.使学生能理解多面体欧拉公式的证明过程并能叙述其证明思路. 2.使学生掌握多面体欧拉公式并灵活地将其应用于解题中. (三)德育渗透目标 继续培养学生寻求规律、发现规律、认识规律、并利用规律解决问题的能力. ●教学重点 欧拉公式的应用. ●教学难点 欧拉公式的证明思路. ●教学方法 学导式 本节课继续上节课对欧拉公式的研究活动,遵循寻求规律——发现规律——认识规律——应用规律的学习过程,对上节课已猜想出的欧拉公式

进一步深入研究,探索它的证明思路,让学生了解这种证明思想,进而达到熟练掌握欧拉公式的目标,以便于学生得心应手地将欧拉公式应用到各种问题的解决中. ●教具准备 投影片三张 问题5(1)(2)(记作§9.9.2 A) 第一张:课本P 59 第二张:本课时教案例1(记作§9.9.2 B) 第三张:本课时教案例2(记作§9.9.2 C) ●教学过程 Ⅰ.课题导入 [师]上节课我们已经猜想出了欧拉公式并且同学们也已自学了它的证明过程,这节课我们继续对它的证明方法及其重要应用进行学习和探讨. Ⅱ.讲授新课 的欧拉公式的证明进行了自学,那么,[师]上节课我们已对课本P 58 谁能说一下课本中的证明思路和关键是什么? [生]将立体图形转化为平面图形. [师]好,前面,我们经常使用把不在同一平面中的几何图形的问题转化为同一平面中图形的问题,所以此处如果能把求一个简单多面体的V、F、E三者之间的关系问题,转化为平面中的问题就会前进一大步了. 那么课本中是怎样实现转化的呢? [生]把多面体想成是用橡皮膜做成的,即课本P 图9—85的多面体, 58

高数实践课题目

高等数学(2)实践课题目 一.理论问题 1.变量替换在不等式证明中的应用 2.高数中常见的不等式及应用 3.多重积分的方法总结 4.空间解析几何中的各种距离及夹角 (点、线、面间的各种距离(6种),夹角(3种)证明及举例) 5..微积分学中的各种关系 (一、二、三元函数有界、极限、连续、导数、积分间的各种关系证明或举例)6.积分学中各种对称性问题 (一、二、三元函数各种对称性定义、证明及举例) 7.函数极值及最值问题及应用 (一、二、三元函数极值及最值问题证明及举实例) 8.变量代换在微分方程中的应用 9.常微分方程在函数项级数求和中的应用 10.关于非线性微分方程问题的求解 11.利用级数求极限 12.如何确定立体和曲面在坐标面上的投影 13.等值线及其应用。 14.数项级数敛散性判别法。(总结) 15.最小二乘法的理论思想及应用。 16.巧用对称性求二、三重积分、曲线、曲面积分 17.变量代换方法在微积分中的体现 18.数形结合在解题中的应用 19.数学化归方法——数学解题的一般方法 20.反证法(原理、逻辑基础、应用举例) 21.反例法(含义、作用、构造方法) 22.二阶常系数线性非齐次方程新解法探讨 23.多元复合函数微分之难点及其注意的问题 24.重积分计算方法探讨 25.总结第二类曲面积分的若干种求法(4种以上) 26.幂级数求和函数法(7种以上) 27.一元函数微积分与多元函数微积分的对比(定义,极限,连续,微分) 28.空间解析几何的产生与数形结合的思想 29.泰勒公式及其应用 30.《几何画板》与高等数学 31.函数幂级数的展开和应用 32.函数项级数的收敛判别法的推广和应用 33.用高等数学知识解初等数学问题 34.中学数学和高等数学衔接问题研究 35.极限方法总结 36.凸函数性质及在证明不等式中的应用 37.高数中辅助函数的构造与应用 38.如何判断非正常积分的敛散性

多面体欧拉公式的发现1

【课题】研究性课题:多面体欧拉公式的发现(1)【教学目标】 1、能通过观察具体简单多面体的V、E、F从中寻找规律. 2、能通过进一步观察验证所得的规律. 3、能从拓扑的角度认识简单多面体的本质. 4、能通过归纳得出关于欧拉公式的猜想. 【教学重点】欧拉公式的发现. 【教学难点】从中体会和学习数学大师研究数学的方法. 【教学过程】 一、复习引入 欧拉是瑞士著名的数学家,是数学史上的最多产的数学家,他毕生从事数学研究,他的论著几乎涉及18世纪所有的数学分支。比如,在初等数学中,欧拉首先将符号正规化,如f(x)表示函数,e表示自然对数的底,a、b、c表示△ABC的三边等;数学中的欧拉公式、欧拉方程、欧拉常数、欧拉方法、欧拉猜想等。其中欧拉公式的一个特殊公式e iπ+1=0,将数学上的5个常数0、1、i、e、π联在一起;再如就是多面体的欧拉定理V-E+F=2,V、E、F分别代表一简单多面体的顶点、棱和面的数目,这就是我们今天要学习的欧拉定理。 二、讲解新课 (一)简单多面体 1.简单多面体:考虑一个多面体,例如正六面体,假定它的面是用橡胶薄膜做成的,如果充以气体,那么它就会连续(不破裂)变形,最后可变为一个球面如图:象这样,表面经过连续变形可变为球面的多面体,叫做简单多面体 说明:棱柱、棱锥、正多面体等一切凸多面体都是简单多面体。

(二)五种正多面体的顶点数、面数及棱数: 发现:它们的顶点数V 、面数F 及棱数E 有共同的关系式:2V F E +-=. 上述关系式对简单多面体都成立 欧拉定理:简单多面体的顶点数V 、面数F 及棱数E 有关系式: 2V F E +-= 证明1:以四面体ABCD 为例来说明: 将它的一个面BCD 去掉,并使其变为平面图形,四面体的顶点数V 、棱数E 与剩下的面数()111F F F =-变形后都没有变。因此,要研究V 、E 和F 的关系,只要去掉一个面,将它变形为平面图形即可。 对平面图形,我们来研究: (1)去掉一条棱,就减少一个面。例如去掉BC ,就减少一个面ABC 。同理,去掉棱CD 、 BD ,也就各减少一个面ACD 、ABD 。 所以1F E -、V 的值都不变,因此1V F E +-的值也不变 (2)再从剩下的树枝形中,去掉一条棱,就减少一个顶点。例如去掉CA ,就减少一个顶点C .同理,去掉DA 就减少一个顶点D ,最后剩下AB (如图)。

简单多面体的欧拉公式优秀教学设计

简单多面体的欧拉公式 新课程倡导教师对学生最重要的价值引导就是“会做数学”比“会说数学”更重要,课堂始终以“做数学”为主旋律,教师不断地创设有意义的问题情境或教学活动,激励学生在解决问题中学习。与传统数学相比,现代数学的巨大变化还表现在,通过观察作出猜想、建立模型、然后进行修改调整,成为现代数学家以及应用数学家、工程技术人员的基本思维。 “研究性课题:多面体欧拉定理的发现”是一个探究式、自主学习的课题,在这节课中,我利用网络资源,不断地创设一系列问题情境,引导学生独立自主地发现问题——解决问题——应用知识,提高了学习的效率。在教学中,我设计了以下几个环节,愿与大家探讨。 一、创设情境提出问题 歌尼斯堡问题是学生在课前搜集相关资料的时候找到的一个相关问题,由于它是平面的问题,比较简单易懂。在课堂上学生积极地向其他同学介绍这个有意思的问题。不仅扩充了课程资源,也渗透了与图形大小、长短无关的一类几何问题,为接下去的学习活动提供了良好的教学情境。 二、问题驱动自主探究 接下来,以网页课件为媒体,开展以下活动: 活动一:问题驱动引出定理 通过一系列问题,引领学生体验从二维到三维的类比推广,把问题引向未研究过的的领域,并通过学生自己的实践(数正多面体的棱数、面数、顶点数)总结出、有价值的规律。学生相互交流思考问题。师生交流后教师给出密码,提供比较完整的问题解答,实现了师生互动与交流。 活动二:实例验证加深理解 学生在知道了欧拉定理后,以正四面体为例,通过课件的提示帮助,体会“平面法”验证欧拉定理的思想。 教师布置任务:以同样的思想方法,以正六面体为例,验证欧拉定理。汇总各小组的研究方案,选代表在黑板上演示,并宜从一些不成立的步骤着手,引导学生找出问题所在,在逐步矫正中,加深学生对“平面法”的理解。 随后由教师提供密码,给出比较完善的方案。 活动三:知识应用解决问题 用欧拉定理解决所提出的问题:正多面体为什么只有五种?由学生自己阅读,教师加以点拨即可。 随后以一些实际应用的例题体会欧拉定理在各学科中的应用。 三、总结提炼拓展延伸 四、反思总结 活动课中让学生探讨一些具有挑战性的问题,引导学生通过观察,进行猜想,进一步验证猜想。通过一系列的思维活动,让学生主动地获取知识,理解数学的思想方法、思维方式;引导学生体会发现规律的过程,体现了课堂教学的实验性、探索性,实现了

欧拉公式教案黎宁

研究性课题:多面体欧拉定理的发现授课教师:北京市陈经纶中学黎宁 授课地点:北京市陈经纶中学多功能厅 授课班级:北京市陈经纶中学高二(5)班 授课时间:2005年4月6日

研究性课题:多面体欧拉定理的发现 北京市陈经纶中学黎宁 教学活动目标: 1.了解欧拉公式的发现过程,掌握欧拉公式的证明方法和公式内容。2.初步了解数学概念和结论的产生过程,提高发现、提出、解决数学问题的能力;发展学生的创新意识和创新能力;进一步培养学生的空间想象能力和逻辑思维能力,协作交流能力。 3.以多面体欧拉公式的探索为载体,体验数学研究的过程和创造的激情;建立严谨的科学态度和不怕困难的顽强精神;体验数学的简洁美。 教学活动的重点:欧拉公式的发现和证明 教学活动的难点: 1.欧拉公式的发现过程 2.拓扑变换的想象和欧拉公式的证明 3.学生探究的主动性 教学活动的方法: 完全开放式、自主探究式 教学活动手段: 多媒体、实物投影 教学活动过程: 一.课前准备 1.布置指导: 教师布置课题,简要介绍科学的研究方法,全班分成8个小组(各选一名组长,各确定一名主讲人),课题内容有4个问题,各小组可以从中任选一个或多个进行研究,具体任务有: (1)欧拉生平及欧拉主要研究成果(数学方面)。 (2)模型制作:五种正多面体的模型。 (3)证明公式:自主证明欧拉公式或查找关于欧拉公式的证明,其中两个小组研究课本上提供的两种证明方法,另外两个小组寻找其他证明方法)。(4)资料搜索及研究相关问题:可以上网或通过图书馆等方式搜索有关的内容、资料,研究以下问题: 分子中,正五边形和①欧拉定理在研究化学分子结构中的应用(一个C 60 正六边形各有多少个?) ②为什么只有五种正多面体? ③有没有棱数为 7的简单多面体? 2.讲解本次活动的评价标准: ①小组成员是否全员参加; ②学生自主探究、合作学习的能力; ③课堂展示的水平、课堂交流与研讨的程度; ④学生的创新意识。 具体评价表:

多面体欧拉定理的发现共21页

研究性课题:多面体欧拉定理的发现 第一课时欧拉定理(一) 教学目标: (一)教学知识点 1.简单多面体的V、E、F关系的发现. 2.欧拉公式的猜想. 3.欧拉公式的证明. (二)能力训练要求 1.使学生能通过观察具体简单多面体的V、E、F从中寻找规律. 2.使学生能通过进一步观察验证所得的规律. 3.使学生能从拓扑的角度认识简单多面体的本质. 4.使学生能通过归纳得出关于欧拉公式的猜想. 5.使学生了解欧拉公式的一种证明思路. (三)德育渗透目标 1.通过介绍数学家的业绩,培养学生学习数学大师的献身科学、勇于探索的科学研究精神、激发学生对科学的热爱和对理想的追求. 2.培养学生寻求规律、发现规律、认识规律,并利用规律解决问题的能力. 教学重点欧拉公式的发现.

教学难点使学生从中体会和学习数学大师研究数学的方法. 教学方法指导学生自学法 首先通过问题1利用具体实物,从观察入手,培养学生对简单多面体V、E、F关系的感性认识从中寻找规律,问题2让学生作进一步观察、验证得出规律,问题3让学生在认识简单多面体的基础上,通过归纳,得出关于欧拉公式的猜想,再通过问题4让学生了解欧拉公式的证明思路,即从理论上探索对发现规律的证明. 以上4个问题逐步深入地展开,旨在不仅使学生在知识上有新的收获,同时应体会和学习研究数学的思想和方法. 教学过程 情境设置 欧拉瑞士著名的数学家,科学巨人,师从数学家约翰·伯努利,有惊人的记忆力,是数学史上的最多产的数学家,他所写的著作达865部(篇),28岁右眼失明,1766年,左眼又失明了,1771年,圣彼得堡一场大火,秧及欧拉的住宅,欧拉虽然幸免于难,可他的藏书及大量的研究成果都化为灰烬。种种磨难,并没有把欧拉搞垮。大火以后他立即投入到新的创作之中。资料被焚,他又双目失明,在这种情况下,他完全凭着坚强的意志和惊人的毅力,回忆所作过的研究。他总是把推理过程想得很细,然后口授,由他的长子记录。他用这种方法又发表了论文4

多面体的欧拉公式

多面体的欧拉公式 在数学历史上有很多公式都是欧拉(Leonhard Euler)发现的,它们都叫做欧拉公式,分散在各个数学分支之中。 欧拉13岁进入瑞士巴塞尔大学读书,15岁获得学士学位,16岁又获得巴塞尔大学哲学硕士学位,轰动了当时的科学界。但是,他的父亲却希望他去学神学。直到小欧拉19岁时获得了巴黎科学院的奖学金之后,父亲才不再反对他读数学。欧拉是一位创作性超群的数学家,后来从瑞士转赴俄国和德国工作,因此三个国家都声称他是本国的科学家。 有许多关于欧拉的传说。比如,欧拉心算微积分就像呼吸一样简单。有一次他的两个学生把一个复杂的收敛级数的17项加起来,算到第50位数字,两人相差一个单位,欧拉为了确定究竟谁对,用心算进行全部运算,最后把错误找了出来。欧拉创作文章的速度极快,通常上一本书还没有印刷完,新的手稿就写好了,导致他的写作顺序与出版顺序常常相反,让读者们很郁闷。而且,收集这些数量庞大的手稿也是一件困难的事情。瑞士自然科学会计划出一部欧拉全集,这本全集编了将近100年,终于在上个世纪90年代基本完成,没想到圣彼得堡突然又发掘出一批他的手稿,使得这本全集至今仍未完成。欧拉28岁时一只眼睛失明了,后来另一只眼睛也看不见了,据说是因为操劳过度,也有一说是因为观察太阳所致。尽管如此,他仍然靠心算完成了大量论文。 下面来看看欧拉公式中最著名和优美的一个。 拓扑学的欧拉公式描述了多面体顶点(Vertex),边(Edge)和面(Face)之间的关系: V - E + F = X 其中,V是多面体的顶点个数,E是多面体的棱的条数,F是多面体的面数, X是多面体的欧拉示性数(Euler characteristic)。 X是拓扑不变量,就是无论再怎么经过拓扑变形也不会改变的量,是拓扑学研究的范围。X 的值依赖于几何物体的形态和曲面的取向。 可定向性——大部分我们在物理世界中遇到的曲面是可定向的。例如平面,球面与环面是可定向的。但是莫比乌斯带(M?bius strip)不可定向,它在三维空间中看起来都只有一“侧”。假设一只蚂蚁在莫比乌斯带上爬行,它可以在不穿过边界的情况下爬到曲面的另一侧。 亏格(Genus)——可定向曲面的亏格是一个整数。如果沿一个几何曲面的任意一条简单闭合曲线切开,都能把曲面切断,那么这个曲线的亏格就是0。如果存在一条简单闭合曲线在切开后,曲面没有分成两个部分,那么亏格就是1。进一步的在亏格为1的曲面上切开一条曲线后,还能再找到一条这样的曲线,那么亏格为2。依次类推。

课程名称材料力学Ⅱ

课程名称:材料力学Ⅱ 课程编码:7009701 课程学分:5学分 课程学时:80学时 适用专业:土木工程、城市地下空间工程 《材料力学Ⅱ》 MECHANICS OF MATERIALS 教学大纲 1.课程性质与任务 材料力学是土木工程等专业的必修课。它是一门理论性较强的技术基础课,是力学课的基础课,并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。通过材料力学部分的学习,培养学生掌握杆件的力学理论计算和方法。它既为后继课程提供理论和基本方法,又在工程设计中起着重要的作用,它为构件的计算提供了简便实用的方法,既保证了杆件在各种情况下能够正常地工作,又能合理地使用材料。使学生初步学会运用理论力学的理论和方法分析、解决一些简单的工程实际问题。 2.课程教学基本内容及要求 第一章绪论及基本概念 材料力学发展概述,理解材料力学的研究对象、任务和基本方法,可变形固体的性质及基本假设。掌握材料力学主要研究对象(杆件)的几何特征。杆件变形基本形式。 第二章轴向拉伸和压缩 掌握轴向拉(压)的概念、内力·截面法·轴力及轴力图,理解应力·拉(压)杆内的应力。应力概念、应变概念、单轴应力状态。理解圣维南原理。掌握拉(压)杆的变形。胡克定律。了解拉(压)杆内的应变能。掌握材料在拉伸和压缩时的力学性能。了解强度条件.安全因数。许用应力及其应用。了解应力集中、静强度可靠性设计概念。 第三章扭转 了解薄壁圆筒的扭转,掌握传动轴的外力偶矩.扭矩及扭矩图。理解薄壁圆筒的应力。掌握等直圆杆扭转时的应力,强度条件,等直圆杆扭转时的变形·刚度条件。等直圆杆扭转时的应变能,理解杆件在扭转时的力学性能。了解等直非圆杆自由扭转时的应力和变形,开口和闭口薄壁截面杆自由扭转时的应力和变形。 第四章弯曲内力 了解对称弯曲的概念及梁的计算简图。掌握梁的剪力和弯矩·剪力图和弯矩图,了解平面刚架和曲杆的内力图,掌握梁横截面上的正应力·梁的正应力强度

用 MATLAB 程序生动地演示欧拉公式

下面的MA TLAB 程序生动地演示欧拉公式 Exp(t) = cos(t) + j sin(t) % Henry-104 % 本程序演示欧拉公式 % Jan.25th,2012 % h_fig1 = figure; set(h_fig1, 'unit', 'normalized', 'position', [0.1, 0.1, 0.9, 0.9]); set(h_fig1, 'defaultuicontrolunits', 'normalized'); h_text1 = uicontrol(h_fig1, 'Style', 'text', 'Position', [0.71, 0.73, 0.25, 0.05],... % 创建文本框 'String', '▲是cos 曲线的起点', 'ForegroundColor', 'r', 'FontName', '黑体',... 'FontSize', 12, 'FontWeight', 'Bold', 'BackgroundColor', [1, 1, 1]); h_text2 = uicontrol(h_fig1, 'Style', 'text', 'Position', [0.71, 0.78, 0.25, 0.05],... % 创建文本框 'String', 'Δ是sin 和exp 曲线的起点', 'ForegroundColor', 'r', 'FontName', '黑体',... 'FontSize', 12, 'FontWeight', 'Bold', 'BackgroundColor', [1, 1, 1]); h_pushbutton1 = uicontrol(h_fig1, 'Style', 'PushButton', 'Position', [0.82, 0.12, 0.07, 0.06],... 'string', '退出', 'BackgroundColor', [0.8 0.9 0.8], 'ForegroundColor', 'r', 'FontSize', 14, 'FontWeight', 'Bold',... 'callback', 'delete(h_fig1),') h_axes0 = axes('Box', 'on', 'Position', [0.15, 0.18, 0.56, 0.68], 'FontSize', 8) set(gcf,'color','w'); w = 0.1*pi t = 0:40; % 在前进方向绕了2 圈 % a = -ones(1,length(t)); plot3(cos(w*t),t,sin(w*t),'b', 'LineWidth', 2); grid on; hold on; hc = plot3(cos(w*t),t,a,'k--'); hold on; set(hc, 'Color', 'r', 'LineWidth', 2); a=-a;

多面体欧拉公式的发现

研究性课题:多面体欧拉公式的发现 一、教学目标 1、认知目标:了解简单多面体有关概念,探索多面体的欧拉公式。 2、能力目标:培养学生观察、归纳的能力 3、情感目标:让学生学会合作、交流,体会学习和研究数学的方法。 4、创新素质:激发学生对体验式学习的兴趣,增强创新意识。 二、教材分析与处理 1、重点: 探索公式,体验数学公式的发现过程。 2、难点: 欧拉公式的发现过程。 3、德育点: 实践出真知,激发学生对数学、对科学的热爱。 4、空白点: 课前让学生做模型,寻找有关欧拉事迹资料,课后反思小结,让学生回忆公式的探索过程。 5、创新点: 课前让学生做模型,课堂上让学生体验公式的发现过程。 三、教学内容 9.9 多面体欧拉公式的发现 简单多面体欧拉公式 教学具选择:多媒体课件、自制多面体实物模型 四、教学过程 学生课前做多面体模型,寻找资料。三人一组(创新点,合作学习)。 1、创设情境,提出目标,提供信息和条件 (1)多媒体演示多面体实物,如金字塔、三棱镜,最后定格在图形C60上。(创新点,学习背景化)

(2)提供信息条件。 师:每个多面体由若干个顶点、棱和面构成,它们之间有没有关系?是什么样的规律?板书课题(创新点,利用设疑导课技术切入课题) (3)一名同学介绍欧拉的有关资料,其它同学进行补充(实施德育点,略停几秒钟,让学生回味,采用留白技术,以增加学生对数学史的了解)。 以下环节通过教师引导—提示—设疑;学生观察—归纳—猜想—再观察,借以突破难点,掌握重点。 2、学生研究探索 师:数学家的探索过程是什么样的? (1)各组展示模型,初步观察、研究,填表见板书(一人记录、一人观察、一人检查)。教师巡视,提示把结果记准确。 (2)用表格的形式展示实验结果。 (3)小组分析讨论,写出发现的规律。 (4)引导学生发表不同意见:有的图形不符合规律。 (5)把不符合规律的图形集中展示,观察讨论它们的共同点,捕捉学生思维的闪光点,并渗透拓扑变换思想。 师:大家想知道欧拉是怎样研究多面体的吗? 观念上创新,把多面体的表面看成用橡皮薄膜制的,方法上创新,向它的内部充气,那么它就会连续(不破裂)变形,把平面变成曲面。 (6)想象或讨论:不符合规律的图形和符合规律的图形内部充气后各有什么不同,(7)多媒体分别演示图9-83内部充气的图形(加深体验技术)。 问题:上述多面体表面经过连续变形能变为一个球面的是哪些?哪些变为环面?哪些变为两个对接球面? (8)符合规律的图形有什么共同特点?(变成球)得出简单多面体的概念。 (9)每组再观察多面体模型,哪些是简单多面体?哪些不是?哪些符合规律?哪些不符合? 3、交流信息,合作成功 问题:根据我们对多面体的分类,结合上面的研究你能得出什么猜想?(创新点,如果学生的猜想与答案不完全一致,引导学生回忆实验过程,不要急于给出结论)(1)用式子表示: (2)用语言叙述:

研究性课题 多面体欧拉公式的发现

研究性课题 多面体欧拉公式的发现 【教材分析】 教材结合9.8节关于多面体的分类而编,目的在于以学生主动参与的发现式学习活动,培养他们通过观察发现规律并证明所得猜想的能力。 【学情分析】 该公式的证明较抽象,前后知识的联系较少,学生理解上有较大难度。但在前面立 几教学中学生已有将空间问题转化为平面问题来研究的降维思想和转化策略的基础,所以本节课采用多媒体辅助教学,降低空间想象的难度,突破降维过程中的变与不变的难点,从而达到降低教学难度的目的。 【教学目标】 1、知识目标:培养学生观察,归纳,大胆猜想的能力,了解欧拉公式的发现及其 法。 2、能力目标 掌握公式证明体现的思想方法。使学生领悟转化、化归思想,从空 间到平面的降维策略,学会从一般到特殊和特殊到一般的分析问题和解决问题的方法,增强学生应用数学知识解决实际问题的的意识和能力。 3、情意目标 通过教学使学生了解和感知欧拉公式发现的历程,激发学生热爱科学 勤奋学习热情,培养学生勇于探索的创新意识。 【教学重点】 欧拉公式和它的证明,证明的思想方法是重点。 【教学难点】 证明过程是难点。 【教学过程】 问题1:下面6个多面体,分别数出它们的顶点数V 、面数F 和棱数E ,并填出表1。 (1) (2) (3) (4) (5) (6) D 1 C 1 B 1A 1 A B C D B 1D 1 C 1E 1 A 1A B C D E

观察表1中各组数据,猜想V 、F 、E 之间的规律:___________。 是否任意一个多面体都有上述规律吗? 问题是数学的心脏。创设问题情境,让学生在解决问题的过程中去观察、猜想、探索;让学生以类似或模拟科学研究的方式进行学习,使学生形成探究性学习的习惯,培养和锻炼学生的探究能力。 问题2:下面3个多面体,分别数出它们的顶点数V 、面数F 和棱数E ,并填出表2。 (7) (8) (9) 简单直观的问题情景能一下子激发学生探索的兴趣。学生进入问题情景,发现问题,在问题的驱动下,进入探究性活动。 问题3:比较前面问题1和问题2中的图形,如果这些多面体的表面都是用橡皮膜制成的,并且可以向它们的内部充气,那么其中哪些多面体能够连续(不破裂、不粘连)变形,最后其表面可变为一个球面?哪些能变为一个环面?哪些可变为两个对接球面? 教师向学生提供材料,学生收集证据。观察、实验、调查、分析处理,教师引导学生大胆质疑,提出问题,提出各种猜想和假设。 引入“简单多面体”的概念: 假设多面体的表面是橡皮膜制成的,可以向它们的内部充气,那么能够连续(不破裂、不粘连)变形,表面能变为一个球面的多面体,叫做简单多面体。

欧拉公式的三维演示

下面的MATLAB 程序以三维形式演示欧拉公式 Exp(t) = cos(t) + j sin(t) % % 本程序演示欧拉公式 % Jan.25th,2012 % h_fig1 = figure; set(h_fig1, 'unit', 'normalized', 'position', [0.1, 0.1, 0.9, 0.9]); set(h_fig1, 'defaultuicontrolunits', 'normalized'); h_text1 = uicontrol(h_fig1, 'Style', 'text', 'Position', [0.71, 0.73, 0.25, 0.05],... % 创建文本框 'String', '▲是cos 曲线的起点', 'ForegroundColor', 'r', 'FontName', '黑体',... 'FontSize', 12, 'FontWeight', 'Bold', 'BackgroundColor', [1, 1, 1]); h_text2 = uicontrol(h_fig1, 'Style', 'text', 'Position', [0.71, 0.78, 0.25, 0.05],... % 创建文本框 'String', 'Δ是sin 和exp 曲线的起点', 'ForegroundColor', 'r', 'FontName', '黑体',... 'FontSize', 12, 'FontWeight', 'Bold', 'BackgroundColor', [1, 1, 1]); h_pushbutton1 = uicontrol(h_fig1, 'Style', 'PushButton', 'Position', [0.82, 0.12, 0.07, 0.06],... 'string', '退出', 'BackgroundColor', [0.8 0.9 0.8], 'ForegroundColor', 'r', 'FontSize', 14, 'FontWeight', 'Bold',... 'callback', 'delete(h_fig1),') h_axes0 = axes('Box', 'on', 'Position', [0.15, 0.18, 0.56, 0.68], 'FontSize', 8) set(gcf,'color','w'); w = 0.1*pi t = 0:40; % 在前进方向绕了2 圈 % a = -ones(1,length(t)); plot3(cos(w*t),t,sin(w*t),'b', 'LineWidth', 2); grid on; hold on; hc = plot3(cos(w*t),t,a,'k--'); hold on; set(hc, 'Color', 'r', 'LineWidth', 2); a=-a; hs = plot3(a,t,sin(w*t),'r-.'); hold on; set(hs, 'Color', 'k', 'LineWidth', 2);

多面体欧拉定理发现教案

多面体欧拉定理的发现(1) 齐鲁石化五中翟慎佳 2003.3 【目的与要求】 1.理解简单多面体的定义 2.理解并熟记欧拉公式 3.会运用欧拉公式及相关知识进行计算及推理 【教学思路】 正多面体5种→认识欧拉 →拓扑变形→简单多面体概念 →研究正多面体V、F、E的关系 →欧拉定理→证明 →欧拉定理的意义 【教学过程】

1.(1) 什么叫正多面体?特征? 正多面体是一种特殊的凸多面体,它包括两个特征: ①每个面都是有相同边数的正多边形;②每个顶点都有相同数目的棱数。 (2) 正多面体有哪几种?展示5种正多面体的模型。为什么只有5种正多面体? 着名数学家欧拉进行了研究,发现了多面体的顶点数、面数、棱数间的关系。 2. 介绍数学家欧拉 欧拉(1707~1783)瑞士数学家,大部分时间在俄国和法国度过。他16岁获硕士学位,早年在数学天才贝努里赏识下开始学习数学,并毕生研究数学,是数学史上最“高产”的数学家,在世发表700多篇论文。 他的研究论着几涉及到所有数学分支,有许多公式、定理、解法、函数、方程、常数等是以欧拉名字命名的。欧拉还是数学符号发明者,如用f (x)表示函数、∑表示连加、i表示虚数单位、π、e等。在多面体研究中首先发现并证明了欧拉公式,今天我们沿着他的足迹探索这个公式。

3.通过模型研究正多面体V、F、E的关系 发现关系:V+F-E=2。是不是所有多面体都有这样的关系呢?如何去研究呢?需要观念和方法上的创新。 4.多面体拓扑变形与简单多面体的概念 考虑一个多面体,例如正六面体,假定它的面是用橡胶薄膜做成的,如

果充以气体,那么它会连续(不破裂)变形,最后可变成一个球面。 像这样,表面经过连续变形可变为球面的多面体,叫做简单多面体。 5.欧拉定理 定理简单多面体的顶点数V、棱数E及面数F间有关系 V+F-E=2 公式描述了简单多面体中顶点数、面数、棱数之间特有的规律

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