K12


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此處是放從幼稚園到十二歲的一些綜合課程。如果有一些父母有什麼想法,歡迎來信給我。 因為這一部份我想著重於「親子同樂」這個部份,所以我想這一部份我會強調軟體的應用。我會先從Mathematica著手弄起。以後再慢慢加入其他的數學軟體。會先分底下幾項:

補充教材:九章數學的小學奧林匹克教學網頁

數的運算
方程式
直角座標與二元一次方程式的圖形
近似值與科學記號
平方根與商高定理
多項式、因式分解與分式
一元二次方程式
比與比例式
垂直與平行
最大公因數與最小公倍數
體積、容積與容量
三角形的基本性質
圓形
線對稱與放大縮小
相似形
一次不等式
百分位數
數列與級數
機率與抽樣
統計圖表
N進位


數的運算

為何負負得正?這是一個媽媽問我的問題,我把答案弄成視頻給她。請按此

運算時,先乘除、後加減。括號優先。

正負數的觀念

從相反和相對的觀念而來

+

讀作「正」Addition

-

讀作「負」or Subtraction

正數, 負數:

比0大的數通稱為正數, 比O小的數通稱為負數。

相反數

正負數互為相反數。7為-7的相反數

負負得正

相反兩次,兩個負號放在一起,就變成正數

絕對值

Absolute Value:和原點的距離,永遠為正數

數的大小

在數線右方的點永遠為大

Mathematica裏的數分為正確數和浮點數。正確數是完全正確的實數,但是因為有些實數沒辬法用有限小數表示,所以用符號運算。所算出來的結果一定是完全正確的。但是有時只需要近似值時,我們就採用浮點數。比如: 2 是正確值,但是2.0就是浮點數。如果我們用浮點數運算,所算出來的結果,就是浮點數,就是近似值。

四則運算:加、減、乘、除、次冪

   

x^y
-x
x/y
x y z 或是 x*y*z
x+y+z

次冪 power
減法 minus
除法 divide
乘法 multiply
加法 add

 

注意事項: 在Mathematica中,3x 和 x 3 都代表3*x,但是x3是代表變數x3。x^7y 是代表 (x^7) y, 次冪的運算順序較高

Mathematica裏常用的數學常數

Pi 
E  
Degree Pi/180

Infinity

圓周率
自然對數
輸入時如果題目上是用度數,就要加上這個單位。
虛數
無窮大

 

浮點數和分數的轉換

Rationalize[x]

將浮點數轉成分數

 

Rationalize[x,dx]

在dx的精度誤差範圍內

 

Maple

          a+b+c              

    

            a-b                

    

        abc

    

            a/b               

    

             -a                 

    負號

            a^b                

    次方

6.312e12 6.312E12

 科學記號表示法

 

Pi

常數 π, π=.141592654

gamma

常數 γ, γ=.5772156649

infinity

常數 ∞  (無限大)

I

虛數 I ,(I= 根號-1)

 


方程式

 

基本觀念

等量公理

對於任意三數A,B,C 若是A=B,則以下情形滿足

1.A+C=B+C

2.A-C=B-C

3.A*C=B*C

4.A/C=B/C

移項法則

將等式中的「加甲數」自等號的一邊移到等號的另一邊變成「減甲數」

將等式中的「減甲數」自等號的一邊移到等號的另一邊變成「加甲數」

將等式中的「乘以甲數」自等號的一邊移到等號的另一邊變成「除以甲數」

將等式中的「除以甲數」自等號的一邊移到等號的另一邊變成「乘以甲數」

 

註:等量公理是推理的基礎,移項法則是操作的方法。移項法則是等量公理的應用,等量公理不需要再證明

 

解:代入能使等號兩邊同時成立的數值稱為方程式的解

元:未知數的個數(EX:一元一次方程式:只有一個未知數,未知數的次方是一次的等式)

次:未知數的次方

 

Mathematica指令

lhs == rhs

方程式的定義

 

equ[[1]]

方程式左邊的式子

 

equ[[2]]

方程式右邊的式子

 

Solve[eqn,x]

解方程式

 

Solve[{eqn1,equ2...},{x,y,..}]

解聯立方程式

 

Root[f,k]

f的第k個解

 

Eliminate[{eqn1,equ2...},{x,y,..}]

將變數x,y..從方程式中消去

 

Reduce[{eqn1,equ2...},vars]

解出所有可能的解

 

Reduce[{eqn1,equ2...},vars,elims]

同上,但是消去elims

 

FindRoot[eqn,{x,x0}]

牛頓法求解,x0為初值

 

FindRoot[eqn,{x,x0,x1,x2}]

同上,限定在區間{x1,x2}內

 

FindRoot[eqn,{x,{x1,x2}}]

割線法求解,以x1,x2為初始點

 

FindRoot[{eqn1,eqn2,..},{x,x0},{y,y0},..]

以x0,y0..為初始點求聯立方程式

 

NSolve[eqn==0,x]

找出eqn的數值解

 

NSolve[eqn==0,x,n]

同上,求到n位數的準確度

 

NRoots[eqn==0,x]

回應所有多項式的根

 

<<Algebra`InequalitySolve`

解不等式的函式庫

 

InequalitySolve[eqns,vars]

指定變數vars,解不等式

 

<<DiscreteMath`RSolve`

讀入函式庫

 

RSolve[eqns,a[n],n]

指定變數n,求迭代方程式的解a[n]

 

Maple

1hsrhs

Maple的方程式

1hs(eqn)

取出方程式eqn等號左邊的式子

rhs(eqn)

取出方程式eqn等號右邊的式子

 

isolate(eqn,expr)

expr移項到等號的左邊,使其成為等號左邊的唯一項

 

solve(eqn,var)

求解eqn裡的未知數var

solve({eqn},var)

solve(eqn,{var})

solve({eqn},{var})

求出方程式的解,並回應sol{varsol}的結構

 

RootOf(expr,indexn()

代表expe0時的第n個解

allvalues(expr)

求出RootOf()物件裡所有可能的解

 

solve({eqn},{var})

eqns裡的變數vars

 

fsolve(eqn,vars)

指定變數為vars,求eqn的解

fsolve(eqn,varsx0)

varsx0來搜尋eqn的解

fsolve(eqn,varsx0..x1)

x0x1的範圍內搜尋eqn的解

fsolve(eqn,vars,complex)

指定在複數平面求解

 

rsolve(eqn,f)

指定函數名稱為f,求解迭代方程式eqns

 

 

 

 

 


直角座標與二元一次方程式的圖形

數線的三要素:原點、單位長、方向


近似值與科學記號

這裏有一個具有啟發性的視頻:Powers of 10,暗示了學子們為何科學記號是一個實用的方法。

The universe - How big are you?

Cosmic Zoom

Mathematica裏面有分正確運算和近似運算。在數值運算的後面加上//N,Mathematica就會用近似值來表達算出來的結果。expr是代表任何算式

expr //N or N[expr]

用科學記號表示的近似值

 

N[expr,n]

到小數點n位數精確的近似值

 

IntegerPart[x]

x的整數部份

 

FractionalPart[x]

x的小數部份

 

Floor[x]

小於x的整數

 

Ceiling[x]

大於x的整數

 

Sign[x]

x的正負號

 

UnitStep[x]

x大於零等於1,其餘-1

 

Abs[x]

x的絕對值

 

Round[x]

5捨6入

 

Random[]

取 0 到 1 之間的偽亂數

 

Max[m,n,0,...], Min[m,n,0,...]

m,n,o,...的最大最小值

 

NumberForm[expr,n] (沒有n也可以)

以n個有效位數來表示expr

 

ScientificForm[expr,n]

以n個位的科學表示法表示expr

 

EngineeringForm[expr,n]

以三個一位n個的表示法來表示expr

 

Maple

evalf(num)

把精確數num化成浮點數(預設值為10個有效數字)

evalf(num,n)

e化成具有n個有效數字的浮點數

 

Digits

浮點數的精度,與設值為10個有效數字

Digits:=n

設定浮點數有n個位數的有效數字

 

convert(float,rational)

將浮點數float轉換成近似分數,預設精度為10個位數的有效數字

convert(float,rational,n)

將浮點數float轉換成具有n個位數之有效數字的近似分數

 


平方根與商高定理

Sqrt[x]

x的平方根

 


多項式、因式分解與分式

Expand[expr]

展開

 

Expand[expr,patt]

展開,但是保留patt的因式

 

ExpandAll[expr]

對全部的式子展開

 

Factor[expr]

因式分解

 

Together[expr]

將同分母的項集中起來

 

Apart[expr]

化為部份分式

 

Apart[expr,var]

視var為變數,將其他的項拆開

 

Cancel[expr]

分子分母消去共同項

 

Simplify[expr]

將式子化簡

 

Simplify[expr,assum]

依假設絛件assum來化簡expr

 

FullSimplify[expr]

用最精簡的型式化簡

 

FullSimplify[expr,assum]

依假設條件assum化簡

 

Collect[expr,x]

將expr表成x的多項式

 

Collect[expr,x,func]

以上結果的係數用func來處理

 

Collect[expr,{x,y}]

x多項式的係數展成y的多項式

 

Factorterm[expr]

將不依賴於x的變數提出

 

Factorterm[expr,x]

將所有不包含x的因子提出

 

Factorterm[expr,{x,y,..}]

將所有不含x,y項的因子提出

 

PolynomialQuotient[poly1,poly2,x]

poly1/poly2的商

 

PolynomialRemainder[poly1,poly2,x]

poly1/poly2的餘式

 

PolynomialGCD[poly1,poly2]

求多項式的最大公因式

 

PolynomialLCM[poly1,poly2]

求多項式的最小公倍式

 

PolynomialMod[poly1,m]

多項式的同餘式

 

Resultant[poly1,poly2,x]

poly1,poly2的結式

 

Coefficient[expr,form]

求expr中form的係數

 

Coefficient[expr,form,n]

求expr中form^n的係數

 

CoefficientList[expr,{x,y,...}]

產生x,y,..的係數串列

 

Exponent[expr,form]

expr中form的最高次方

 

Part[expr,n] or expr[[n]]

expr項中的第n個項

 

Numerator[expr]

求expr的分子

 

Denominator[expr]

求expr的分母

 

ExpandNumerator[expr]

展開expr的分子

 

ExpandDenominator[expr]

展開expr的分母

 

PolynomialQ[expr,x]

測expr在x上是否為多項式

 

PolynomialQ[expr,{x,y,...}]

測expr在x,y,...上是否為多項式

 

Variables[expr]

列出所有在expr上的變數

 

Maple

expand(expr)

expr展開

expand(expr, expr1)

expr1步展開的前提下, expr展開

factor(expr)

expr作因式分解

 

simplify(expr)

expr化簡

simplify(expr,n1,n2,…)

指定要化簡之函數的類別

trig—化簡三角函數

hypergeom—化簡超幾何函數

radical—化簡指數為分數的數或函數

power—化簡指數函數(Inexp函數)

Inexp化簡所有的Inexp函數

simplify(expr,sidere1)

根據sidere1關係式將expr化簡

 

simplify(expr,assumeprop)

依據assume的假設來化簡式子

 

simplify(expr,symbolic)

化簡函有根號的數學式,而不管根號裡,變數的正負問題

 

coeff(poly,var)

求出多項式poly,var的係數

coeff(poly,x,n)

求出多項式poly,x項的係數。若n=0則回應多項式的常數項

coeff(poly)

找出多項式poly,所有的係數

coeff(poly,x)

x為未知數,找出多項是所有的係數

 

lcoeff(poly)

找出多項式poly裡,最高次項的係數

lcoeff(poly,x)

x為未知數,找出poly裡,最高次項的係數

tcoeff(poly)

找出多項式poly裡,最低次項的係數

lcoeff(poly,x)

x為未知數,找出poly裡,最低次項的係數

 

degree(poly)

求出多項式poly的最高次方

degree(poly,x)

x為未知數,求出多項式poly的最高次方

degree(poly)

求出多項式poly的最低次方

degree(poly,x)

x為未知數,求出多項式poly的最低次方

 

,,,/,^

多項式的四則與次方運算

gcd(poly1,poly2,…)

求出多項式poly1poly2…的最大公因數

lcm(poly1,poly2,…)

求出多項式poly1,poly2…的最小公倍數

quo(poly1,poly2,x)

變數為x,計算poly1/poly2…的商

rem(poly1,poly2,x)

變數為x,計算poly1/poly2…的商

divide(poly1,poly2)

測試poly1/poly2是否可以整除。若可以整除,則回應

true,否則回應false

 

collect(poly,x)

poly排列成x的多項式

collect(poly,x,func)

poly排列成x的多項式後,再用func函數來處理

各項係數

sort(poly)

poly的各項由高次方往低次方排列

sort(poly,x)

依指定的變數猶高次方往低次方來排列多項式

 

denom(expr)

取出expr的分母部份

numer(expr)

取出expr的分子部份

normal(expr)

把分式的分子與分母約分為最簡分式

 

combine(expr)

把由相加、相乘與含有次方的數學式合併,成為單一

的式子

Combine (expr,power)

指定要合併含有次方的數學式

 

一元二次方程式

 

 

 

 


比與比例式

比和比例式的教學網頁

比值:比的前項除以後項所得的商

比的化簡:比的前項和後頂,同乘以或同除以一個不等於O且比1大的數,其值不變。

正比:甲和乙成正比時,乙/甲的商不變。

反比:甲和乙成反比時,乙*甲的乘積不變

基準量:做為比較基準的量。

比較量:與基準量比較的量。

「比較量:基準量=比值」

 

基本性質 

 

反比定理

更比定理

合比定理

分比定理

合分比定理

分合比定理

 

等比定理

,則

 

 

連比例的性質

已知甲數+乙數+丙數=丁數,而且甲數:乙數:丙數=a:b:c,

則:甲數=丁數 ×,乙數=丁數 ×,丙數 ×

 


垂直與平行

 


最大公因數與最小公倍數

 

a、b、c為整數'a=bxc'且b、c不等於0 則a是b、C的倍數,b、C是a的因數

質數:一個大於1 的整數,除了1及本身以外,沒有其他的因數

合數:還有其他因數的整數

質因數分解:一個大於1的整數,若不是質數,則可以分解成兩個或兩個以上質因數的乘積。可寫成指數的形式。

公因數:若一個整數同時是幾個整數的因數,以(a,b)表之

公倍數:若一個整數同時是幾個整數的倍數,以[a,b]表之

公因數的求法:先求最大公因數,再求這個最大公因數的所有因數

最大公因數的求法:輾轉相除法

 

體積與容量

梯形面積:(上底+下底)*高/2

菱形面積:對角線相乘/2

圓形面積:Pi*r^2

柱體的體積:底面積*高

錐體的體積:底面積*高*(1/3)


三角形的基本性質

歷史上一個著名的錯誤幾何證明。這個證明當然是錯的,不然他對人類了解歐幾里得的公設系統,有深遠的影響。

所有的三角形都是等腰三角形的證明(連結一 連結二)


圓形

 

正多邊形:一個多邊形具有等邊又等角的性質時稱之

扇形:以向一個圓的圓心為頂點、兩條半徑為邊,加上一段弧長所圍成的平面

圓心角:以圓心為頂點,以兩半徑為邊所形成的角

圓周角:頂點在圓上,並且兩邊都和圓相交的角

圓周率:圓周長/直徑

 


線對稱與放大縮小

線對稱圓形:對摺後,兩邊可以完全疊合在一起的圖形

點對稱圓形:以對稱中心旋轉180度後,會和原來的圖形完全疊合在一起的圖形

縮圖和擴大圖的對應關係:
(1) 對應的邊,長度的比都相等。
(2) 對應角的角度都一樣大。
(3) 對應頂點的位置相同。
 

相似形

 


一次不等式

Maple

round(x)

最接近x的整數

floor(x)

小於或等於x的最大整數

ceil(x)

大於或等於x的最小整數

trunc(x)

取出浮點數x的整數部份

frac(x)

取出浮點數x的小數部份

max(a,b,c),min(a,b,c)

a,b,c的極大/及小值

 

 

百分位數

百分率: %是百分率的符號,1%讀做:百分之一,記成分數是1/100 ,記成小數是0.01

將分數記成百分率:透過擴分和約分將原分數變成分母100 的等值分數,再記成百分率。

小數記成百分率:把小數點向右移二位後,在數字後面加上百分率的符號。
 

數列與級數


前項、後項與項數:在等差數列或等比數列相鄰的兩個數中,左邊的數稱為前項、右邊的數稱為後頂,數量的個數稱為項數。

等差數列:在給定的數列中,具有每一組數(前項、後項)的差都相同的規律

等比數列:在給定的數列中,真有每一組數(前頂、後項)的倍數都相同的規律

等差數列的和={(首項+末項)*項數}/2

等比數列的和={首項*(倍數^項數-1)}/(倍數-1)

 

機率與抽樣

可能性:不一定會發生的事

機率:用數字來表現不確定的事情有多少

機率:出現的次數/全部的次數

普查:對所有需要研究的對象做全面性的調查,稱為普查。被調查對象的全體稱為母群體。

抽樣調查:從所要調查的全體對象中選出一部分對象加以調查。被選出的對象稱為樣本。

估計:用比例來推估母群體的個數。(樣本中被標記的個數/樣本個數)=(母群體中被標記的個數/母群體個數)
 

統計圖表

平均:把一群數量等分,使各組數量相等

平均數:總和÷個數=平均數。

眾數:一組資料中出現最多次的數,即為眾數

中間數:將原始資料由大到小或自小到大排列後,位置居中的數值

加權平均數:依照各數值重要性的比重,加權之後再求平均

百分率:某一項數量占總數量的百分比

累積次數分配表:次數分配表中的次數依次一直累加,並把所得的數值記在相對應的組內

累積次數分配折線圖:將累積次數分配表中的各組累積人數繪成折線圖

長條圖:表示離散型的資料

直方圖:用在連續型的資料

折線圖:能從折線的變化看出數值的分布、變動和趨勢走向

百分圖:依長條百分圖及圓形百分圖兩種方式繪製百分比例

N進位

含二進位、十六進位等等的轉換

n進位是K12數學中一個很有趣的應用,以下就是n進位的意義 (連結一 連結二)

n進位互相轉換的方法,在計算機科學中也很重要(連結一 連結二)

Mathematica的指令

IntegerDigits[n]

將整數n的每一位分別顯示出來在示列中

 

IntegerDigits[n,b]

以 b 為底,將整數 n 的每一位顯示出來

 

IntegerDigits[n,b,len]

將以上的結果以長度len顯示

 

IntegerExponent[n,b]

整數n以b為底顯示時最後零的位數

 

RealDigits[x]

將實數每一位顯示出來,最後加一位小數點左邊的位數

 

RealDigits[x,b]

實數x以b為底的結果

 

RealDigits[x,b,len]

以上的結果用len長度顯示

 

RealDigits[x,b,len,n]

顯示時以b^n那一位開始

 

FromDigits[list]

從串列重建原本的數

 

FromDigits[list,b]

以上的串列以b為底

 

b^^nnnn

nnnn以b為底時的實際十進位值

 

BaseForm[x,b]

將數值以b為底的形式顯示

 

 


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