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2013/05/11

淺談「負負得正」(下)

前言:錯過了黃毅英老師主講的機會,幸好有人替我取了教育局「數學百子櫃系列(十四)」,那是關於中小學數學教師的所需數學知識。面剛好提及負負得正,今日只是重新探討。
「點解『負負得正』既?」(一個來自小五生的問題)
「你玩過UNO嗎?」(嗯!)
「若你同時出兩隻 Reverse,接下來會怎樣?」(繼續不變囉)
「即下一個出牌啦,對不對?」(嗯!)

在等巴士的時間,
在沒有知悉對方先備知識的情況下,
這樣無咩學術味道,他看來似明非明,
至少他的好奇心暫時被滿足了...

如果你是數學老師,
有志在數學堂大展拳腳(好暴力~),
這個課題值得你再三反思。

若你問我,在接觸「負負得正」以先,
我會花些時間建立學生對「相反數」的認識。
若 $k$ 和 $+1$ 彼此是相反數,
即 $k+1=0$,
好比太極的陰和陽
,其中「陰」代表黑暗、寒冷,有「負」的味道!
陰和陽合起來則表示調和、圓滿。

再利用任何數乘以 $0$ 的想法,
即 $k(k+1)=k(0)=0$,再利用乘法分配性質,
現在$(k)(k)+ k=0$,
且看學生是否接受$(k)(k)$ 和 $k$ 彼此也是「相反數」,
也就是說 $(k)(k)= 1$。
倘若我們以 $-1$ 表示 $k$,
那麼,$(-1)(-1) = +1$
口訣:同號相乘變正數!

以上的演譯只用上 $0, 1, k$,
數學味道豐富,如果有學生問起,
不妨創意地發揮這個,至少對方似乎有一絲好奇心。
不然,用得上的口誦已經令人得意地全盤接收了...


歷史又怎麼說?
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在《算學啟蒙》(1299)中,朱世傑提出:「明乘除法,同名相乘得正,異名相乘得負。」(作為炎黃子孫的我,用番中國的文獻咁啦,印度數學也有題及)。當然,更早《九章算術》中的《方程》也有引入了負數的「概念」和正負數加減法的運算法則。至於「符號」,我推介這個教材(也是歌頌強國人的好)。

若厭倦花精神看官方示例,其實維基百科的寫法已經可以接受:
在某些問題中,以賣出的數目為正(因是收入),買入的數目為負(因是付款);餘錢為正,不足錢為負。在關於糧谷計算中,則以加進去的為正,減掉的為負。「正」、「負」這一對術語從這時起一直沿用到現在。
其實官方示例第 15 頁正正用這模式去探索,
對不知如如何入手就要頂硬上兼教的同工,
可考慮使用~
========================

如果下次來個小四或以下的學生問及這個,
我或會參考黃毅英老師介紹的「故事模型」...

好人(+)壞人(-)、進城(+)出城(-)、好事(+)壞事(-)

所以,
好人(+)入城(+) = 好事(+)
壞人(-)出城(-) = 好事(-)
口訣:同號相乘變正數!

如果對方年紀再細一點,
可考慮把好人改做這個:

當然,一切以全圖畫方式演譯啦
老師!你在講故事哩,
記得保持童心喔。(笑!)



2011/12/29

花剌子密立遺囑的故事(連比的應用題)

0 回應
題到比和率的運算,
不得不談阿拉伯數學家花剌子密立遺囑的故事,
那時正值他的妻子正懷著第一胎。但好景不常,
在孩子出生前,這位數學家便死了。

(死者已矣,但故事未完唷!)

之後,發生的事更困擾大家,
事關他的妻子幫他生了一對龍鳳胎,
而問題就發生在他的遺囑內容:
如果我親愛的妻子幫我生個兒子,
我的兒子將繼承三分之二的遺產,我的妻子將得三分之一;
如果是生女的,我的妻子將繼承三分之二的遺產,
我的女兒將得三分之一。
當你看完遺囑後,
應該知道他們面對的困擾吧。
如何按數學家的遺囑,
將遺產分給他的妻子、兒子、女兒呢?

思路提示:若 A:B = 2:3 且 B:C = 5:3,如何求 A:B:C?

2010/10/11

因式分解 Factorization

3 回應
R:「激氣啊!批改了 n 份家課,不少學生還是把 a2 - b2 寫成(a - b)2...」
S:「你能收齊家課,實屬萬幸...」
R:「......」
一般中二時教授的因式分解(Factorization),
那時只感覺把累贅冗長的多項式逐步還原,
就像把以前「多項式乘法」個答案還原一樣。
R:「到底做這類題目有什麼要注意架?」
S:「嘿嘿,等我傳授你『因式分解三大絕招』啦!」
絕招一 簡易因式分解
      即抽負號 (當所有項都是負 / 減數)
     詳見:Q2,
        數字 (即是最大公因數)        詳見:Q1, 4
        字母 (即是公因式,留心其指數)    詳見:Q3, 4
        括號 (括號是提示,不要立刻拆)    詳見:Q5

絕招二 併項法    (首先要做好配對,小心抽負步驟)
 詳見:Q6,7

絕招三 利用恆等式  (先做降冪序!頭尾都是括號完全平方)
 詳見:Q8,9.10
R:「抽負號...抽數字...抽字母...好複雜哩~」
S:「行動最實際,或許你試做下面的習題啦~」
R:「......好啦」
程度一(限時:20分鐘)
1. 6 + 15a

2. -20w - 10
3. m + 8m2
4. 8b2c + 16ab - 32ab2
5. 6d(e+f) - 3d(e+f)2 + 9d2(e+f)
6. 2a + ac + 2b + bc (網上練習)
7. 2a3 - 3b2c + 2ab2 - 3a2c
8. 1 - 4y2
9. x2 + 12xy + 36y2
10. 36m2 - 60mn + 25n2 提示:36m2 = (___)2 / 25n2 = (___)2

程度二
(限時:10分鐘)
11. 2s2 - 50t2
12. 16y2 - 4 z2
13. 1 - (a-b)2
14. (x-2y)2-(2x-2y)2
15. (x2+2x+1)+xy+y
R:「利用恒等式...如果我班化骨龍肯背熟果三條恒等方式就好啦」
S:「且慢...如果見到像上面Q9, Q10的情況,看看下面的做法是否有用」
x2 + 12xy + 36y2
=
x2 + 6xy + 6xy + 36y2
=
x(x + 6y) + 6y(x + 6y)
=______


36m
2 - 60mn + 25n2
= 36m
2 - 30mn - 30mn + 25n2
= 6m
(6m - 5n) - 5n(6m - 5n)
=______

R:「哦.....用併項法!好犀利啊 Orz」
(趁 R 想得入神,S 於是匆忙行開了)

2009/08/13

馮.諾伊曼﹝John Von Neumann)

1 回應
前言
當下失眠,用了近兩小時整理這網誌,以文字為記,
希望自己,以及各位數學老師今天不會,將來也不會。
(可能我已經係咁,不過大家錫住我,唔當面踢爆啫)
話說有位數學老師,講完一堂微積分後,有個學生走來問他:

「阿 sir,你最後o係黑板上那條問題,我唔係好明你點計 wor~」
這位老師於是轉頭盯著黑板上那個問題,看了約一分鐘,然後答:

「ex。」這位學生聽了也不明白,於是再問:

「我知呢個係正確答案。阿 sir,我係唔明條數係點計出黎啫~」
這位老師轉而盯住這位學生一會兒,若有所思,然後移開視線,然後答:

「ex。」這位學生開始失去耐性:

「但阿 sir 你都無話我知,你係點攞到個答案囉~」
這位老師把頭轉向她,神情嚴肅的答:

「同學,你到底想我點啊?我唔係用左兩種方法話你知點計咩?」
啟發
很多時候,老師未必憶起想當年自己做學生,學習有關課題的情況。
今日學生視作來自火星的數學,對
老師昔日可以是美味的咖哩魚蛋。
加上老師面對教改,加上老師隔足一年,一次又一次教授同樣課題,
老師根本不易理解,何解學生仍然「唔係好明」。
以上聞說是博奕論(game theory)開山祖師的馮.諾伊曼﹝John Von Neumann,1903-1957)的課堂逸事。生於匈牙利,成名於美國,化學工程師出身,但期間自學數學,23歲取得博士學位。先後在柏林大學和漢堡大學任教,23歲成為普林斯頓高等研究所的終身教授。

從生卒年份,可知 Von Neumann 少年時正值戰亂。

聞說二次大戰期間,他擔任製造原子彈的顧問,為原子彈的設計方案提出許多重要建議,又於1944年參與世上首部電子計算機的設計及開發。雖然我極之反對用大殺傷力武器去制止戰爭,但電子計算機的發明破解大量納粹德軍機密,在結束歐洲戰事上,應記一功。同年他與奧斯卡.摩根斯坦(Oskar Morgenstern)合著的《博奕論與經濟行為》(The Theory of Games and Economic Behavior),亦奠定他們在經濟學的江湖地位。

傑出貢獻背後也少不了其過人才能,以下故事略見一斑。

在一次雞尾酒會裡,有人問他:「已知家明及婉君相距20km,雙雙以時速10km/hr 迎面而來。若有一隻小蜜蜂由家明飛向婉君,再飛回家明,來來回回直至他們相遇,如果蜜蜂飛行時速為15km/hr,問牠來來回回總共飛了多少 km?」

「答案咪係15km。」Von Neumann 思索片刻便指出正確答案。

見到他答得快而準,提問者遂而指出:「一般人知道每一次來回的距離愈來愈短,是等比數列,答案涉及無窮級數求和的方法(當時這可算是複雜數學,豈知今天只是會考程度的課題?)。許多人試圖用複雜的方法求解這道題目,但不知道『那二人一小時後相遇,而蜜蜂一小時飛 15km,要求的答案是 15km』的簡單道理,絕大多數數學家總忽略能解決這個問題的簡單方法。」

提問者以為 Von Neumann 準是知道這簡單方法,然而 Von Neumann 卻是語出驚人:「其實,我真係你講個種,用無窮級數求和的方法計算答案。」
後記
就第一個故事,對老師對學生對課題當然可有深不見底的反省,
不過若上堂前學生能做預習,而堂上卻無法聽明課題,
那問題多數在於老師。(總之記住要做足預習~)

2009/05/08

博奕論趣談

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有幸跟一班中六的年輕人去港大聽講座,是關於博奕論中的 Zermelo's Theorem (策墨羅定理):
兩個對奕的玩家輪流下子,若無隱瞞情報,
而遊戲在有限步結束時又沒有和局,
則其中一方有必勝策略。
兩小時的全英語演講,加事後一小時的體驗式對奕,看到大家由被動到認真思考,心裡感到無限欣慰,哈。裡面就我們一些兒時打井、對奕等簡單遊戲有以下提問(我嘗試翻譯一下啦):
  1. 一個遊戲能否出現和局?
  2. 若不,其中一方可有必勝策略?
  3. 那麼,是先下手為強,還是後者?
  4. 最後,那個必勝策略的原則又是什麼?
用這個遊戲試試看啦!那是博奕論大師 John NASH 20歲時,
在普林斯頓大學攻讀博士期間發明的玩意。

筆記下載[PDF]

歡迎提問、留言,我樂意稍後回應。

2009/01/11

從「開口中」淺談機會遊戲

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話說電視播放獎門人遊戲節目,玩到「開口中」遊戲,玩家要輪流由 1 至 100 開始嗌數字。玩到「41 至 45」現在輪到某女藝人,她應該嗌哪個數字,使她處較有利位置?還是無論她怎樣嗌,結果不是贏便是輪,所以兩者出現的機會都是一半一半?

大家意見如何?

2007/10/11

數字感的隕落

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前言
正在向中三同學回顧一些正常用的「恒等式」,即是指 a2 + 2ab + b2 = (a+b)2,我著學生寫上「
前的平方加二乘前後加後的平方」的十四字口訣,又強調因式分解的原則(把多項式變成一個單項式)。
但過程中,我卻發現整體學生對數字的感覺頗弱,因步驟要求學生把當中的項看成平方數,例如144m2 = (12m)2 。回想,以前由一到三十的平方大家都念得朗朗上口...今天,即使是簡單運算(我指是純粹十位乘個位),學生動軋也用計算機,指頭也不見得靈活,真擔心。

我不是食古不化,要強逼每個學生用心算,課程中有些題目(例如貸款的問題)確實有使用計算機的必要。只不過,掌握計算機用法不等於掌握數理,只有用正確的輸入,計算機的答案才是正確,「人」才是解題的主角。比方說,我在黑板寫上:

7.08 x 6 - 13
-------------
5

學生往往說答案是 39.88!

找到下面的動畫,無論你是否上面所提及的那種人,偶爾做做,咪當健腦操啦。


[來源]

2007/09/08

大懲罰

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以下是一個數學老師與學生的對話:

老師:今天是九月X日,開學了!從今天起,數學科要有規有矩。上課要帶齊書本、堂課、文具、計算機及手冊,若欠帶任何一種用具,將會有以下罰則:
第一次,新學期,新開始,我原諒你,罰抄五個字;
第二次,算是開學大優惠,我再原諒你,罰抄五乘五個字;

學生甲:老師真的好人!我接受呀!
老師:當然!第三次,就要小懲大戒,罰抄五乘五乘五個字。
學生甲:一百幾十,都不是一個問題。那麼第四次呢?
老師:第四次?同一原理,就是五乘五乘五乘五個字吧!
學生甲:我知了!如果我欠帶十次,就是五乘五乘五乘五乘五乘五乘五乘五乘五乘五,即是...
老師:同學真聰明!
學生乙:(滴汗)五乘五乘五,再乘五乘五...好像是一個天文數字...
老師:(奸笑)總之,同學要切記欠帶用具,後果自負。

後記:中三數學的第一章是指數定律,剛好在學期初的第一堂需要講課堂規矩,相信這是一個有趣的引入,又是恩威並重的課堂罰則。

2007/06/16

座標幾何

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檢視學生試卷,發現他們在「座標幾何」的表現異常遜色。套用數佬的講法:「學生腦中已沒坐標感,更沒文字感」

查實以前的課程文件是很少提到xx感、yy感之類,但今日細看,與其說某某數學差勁,若能指出哪些範圍缺乏觸覺,聽起來至少「感覺良好」。這裡,我喜歡搜尋相關的網上遊戲,讓學生自行操作(manipulate),利用過程中多樣性培養學生的座標感。




這裡,當然不得不提笛卡兒坐標(Cartesian coordinate)啦~

笛卡兒由哲學家、自然界、科學應用來看數學,他認為數學的偉大在於其證明所依據的公理是無缺點的,數學是獲得確定和有效證明的方法,而且數學是形而上的。
「希臘幾何太過抽象,他只是用來訓練瞭解,使想像力大為疲勞的工具罷了!而代數太過於遵守原則和公式,計算過於繁雜,不是一門改良心智的科學。」
笛卡兒他把代數應用到幾何,在1637年,他寫了一本《幾何學》,讓幾何問題有一定的思考方法,也就是坐標幾何。基於坐標,幾何圖形可以被表示為坐標之間的運算關係,幾何問題也就變成解方程的問題了。

圖片來源:香港氣象中心
參考資料:笛卡兒(維基)、阿草的葫蘆
延伸閱讀:笛卡兒生平詳述

2007/06/15

計算尺(slide ruler)

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終於找回遺忘已久的計算尺(slide ruler),那其實是我早前介紹對數表後一種衍生工具(圖中乃有滑尺的計算尺,也有圓形的計算尺)。被發明以後,乘除運算可以化為加減運算,對數計算尺便是依據這一特點來設計。

它的起源,大約要追溯到十六、十七世紀的歐洲,航海、貿易、天文學迅速發展。當中航海需要測量、繪製地圖、觀測星象,天文學家要確定行星的位置、製作天文數表,呢D工作都需要大數量的「乘、除、開方」運算,不但耗神費力且精準度不佳,直至有個德國數學家諗到呢樣野…

等比數列: 1│10│100│1000│10000│100000│
等差數列: 0│ 1│ 2 │  3 │  4  │   5  │

等比數列中的乘除法運算,可以轉化為等差數列中的加減法運算,例如要計算「100 x 1000」,因為它們對數是 2 及 3 ,而它們相加等於 5,5 是 100000 的對數,故答案是 100000。

這大致上是對數(logrithm)的基本思想,故後期的工夫便是煩一次,逐一計算每個數字的對數,寫成對數表,而往後的人則按表查數。雖然它唔算係偉大的發現,但係就大大化簡當時好多繁瑣的計算。

延伸閱讀:計算尺教學課程(by oscar)
進階閱讀:自然對數漫談

2007/04/16

很強的「聯立方程」

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原文:人與豬的數學

人 = 吃飯 + 睡覺 + 上班 + 玩......(1)
豬 = 吃飯 + 睡覺........................(2)

將(2)代入(1),
人 = 豬 + 上班 + 玩 ,
人 ─ 玩 = 豬 + 上班
結論:不玩的人 = 上班的豬

男人 = 吃飯 + 睡覺 + 掙錢.........(3)
豬 = 吃飯 + 睡覺...................(4)

將(4)代入(3),
男人 = 豬 + 掙錢
男人 ─ 掙錢 = 豬
結論:男人不掙錢等於豬

女人 = 吃飯 + 睡覺 + 花錢.........(5)
豬 = 吃飯 + 睡覺...................(6)

將(6)代入(5),
女人 = 豬 + 花錢。
女人 ─ 花錢 = 豬
結論:女人不花錢的都是豬

綜上所述,
男人為了讓女人不變成豬而掙錢!
女人為了讓男人不變成豬而花錢!

男人 = 豬 + 掙錢
女人 = 豬 + 花錢

結論:男人 + 女人 = 兩頭豬