巧用二进制数思想编程方法例谈
巧用二进制数思想编程方法例谈
浙江慈溪实验中学张利波315300
二进制数在计算机中有着非常重要的意义，在信息学竞赛中，巧妙使用二进制数的特点，
可能使程序思路更加简洁明了，解题也变得相当简单，下面列举几个程序来说明。
例1、如图所示为一个城市街道简图，小明从A点出发到达B点。如
每条路线。
问题分析：该题一般的方法可以用深度优先遍历或广度优先遍历求解
所有的行走路线。那么如何套用二进制数思想编程呢？根据题意，可以通
过以下几个方面进行分析：
①行走方向只有两种向右走或向上走，那么我们不妨用0表示向上走，1表示向左走；
②根据路径从A点到B点，不论走哪条路径，走的步数总是固定的，如图中就是7步，因
此，我们可以确定二进制数的位数是7位；③根据行走方向，用“1”表示向右走，据图向
右走的步数为4，用二进制数表示又产生一个约束条件，7位二进制数中的“1”的个数为4，
同理，“0”的个数为3。
根据以上分析，原题即转换成对7位二进制数的筛选，范围在(0001111)2——(1111000)2
之间，且分离各位数字，相加为4，符合上述条件的，即为可以行走的一条路线，要统计所
有可行走路线，只要对每个符合条件的线路数量累加即可。参考程序中避免了十进制数转换
成二进制数的操作，采用穷举所有7位的二进制数并对此进行筛选完成。参考程序如下。
program AllPath(input,output);(在FreePascal下通过)
const n=4;m=3;{向走的步数、向上走的步数}
var
i,total:integer; a:array[1..(m+n)] of 0..1;
begin
total:=0;{累加器}
for a[1]:=0 to 1 do{逐位枚举}
for a[2]:=0 to 1 do
for a[3]:=0 to 1 do
for a[4]:=0 to 1 do
for a[5]:=0 to 1 do for a[6]:=0 to 1 do for a[7]:=0 to 1 do
if a[1]+a[2]+a[3]+a[4]+a[5]+a[6]+a[7]=n then{条件筛选} begin
total:=total+1; write('No:',total,'---> ');
for i:=1 to 7 do write(a[i]:2); writeln;{符合条件,输出线路} end; end.
例2、如下图，有一个无穷大的栈S ，在栈的右边排列着1，2，3，4，5共五个车厢。其中每个车厢可以向左行走，也可以先进栈S 让后面的车厢通过。现已知第一个到达出口的是3号车厢，请写
出所有可能的到达出口的车厢排列总数，并输出每种排列。(源自第八届信息学初赛普及组问题求解)
问题分析：这是一例典型的栈应用题，主要考察栈“先进后出”特点，如果用常规办法，如递归，也可能造成遗漏，用非递归办法则更为复杂。根据题意，我们可以通过以下几个方面进行分析：
①栈的操作只有两类：进栈和出栈，那么就可以用二进制数0、1表示，用“1”表示进栈，“0”表示出栈；②每个车厢经过栈操作(进栈出栈)，如果车厢直接向左行走，可以理解成进栈后马上出栈，这样就可以把5个车厢的操作化解成10个动作，用10个二进制位数来表示；③根据栈操作，出栈必在进栈之后，则对应二进制数“1”的个数必不小于“0”个数；④题意中要求第一个到达出口的是3号车厢，可以确定二进制数的高4位数字为“1110”，表示1，2，3车厢进栈后，首个出栈车厢为第3个车厢，这样数据范围由原来10位缩小至低6位；⑤此外由题意不难发现，该6位上的二进制数字，含“1”的个数为2个，因此可以进一步框定数据范围在(001010)2——(110000)2，⑥最后一次操作不可能是进栈操作，因此数据最低位不能为1，即只能为偶数。参考程序如下。 Program AutoStack(input,output);(在FreePascal 下通过) Const
TotalBus=5;FirstBus=3;{总车辆，首个到达车辆}
出口← ←
S ↓
Var
Yushu,Shang,OneNum:integer;{十进制转化成二进制数用到的变量}
i,j,p,k,total,max:integer;
a:array[1..(2*TotalBus)] of 0..1;{存放二进制数}
b:array[0..TotalBus] of integer;{输出时进栈、出栈操作对应数据暂存}
begin
total:=0;
for i:=1 to FirstBus do a[i]:=1;a[FirstBus+1]:=0;{确定高位上的数据}
writeln('-Id- ---erjinzhi-- ---serial---');
for i:=10 to 48 do{确定查找范围，在该范围进行筛选}
if not odd(i) then{选择偶数}
begin
Shang:=i; OneNum:=0;k:=0;
while Shang<>0 do{把十进制数转换成二进制数}
begin
k:=k+1;
Yushu:=Shang mod 2;{取余数}
Shang:=trunc(Shang div 2);{取商}
OneNum:= OneNum+Yushu;{对“1”进行统计}
if OneNum>trunc(k div 2) then break; {去除不合法数据，马上退出}
a[2*TotalBus+1-k]:=Yushu;
end;
if (OneNum=TotalBus-FirstBus) and (Shang=0) then{经过一次检验后全部完成二进制转换，对“1”个数进行判定}
begin{检验后合格，输出序列}
total:=total+1;write('No.',total,': ');
for j:=1 to 2*TotalBus do write(a[j]);
write(' (');
p:=0; k:=1; max:=0;
for j:=1 to 2*TotalBus do{对进栈、出栈操作进行出栈输出}
if a[j]=1 then
begin p:=p+1;b[p]:=max+1; max:=b[p]; end
else
begin write(b[p]:2);p:=p-1; end;
writeln(')');
end;
end;
end.
通过以上两个程序，我们大致了解用二进制数编程的方法，那么适用该方法时，程序描述有哪些明显特点呢？下面是笔者归纳的一些特点：
当然用二进制数的思想巧妙进行程序编写，其基本方法还是穷举，如果单纯地列举每一位的情况，对于二进制位较多的情况，估计时间肯定得超时，这里只是给予方法上的启迪，在实际编程中，在运用二进制数思想编程时，要充分搜索题意信息，缩小二进制数搜索范围，或者结合排列组合知识的运用，程序效率会更高。
注：本文发表于《Noi专刊》2007年第10期
关于数形结合思想的教学方式浅谈
关于数形结合思想的教学方式浅谈 资料来源：大学生教育资源 我有幸参加了由省教科所组织的四川省教育教学共同体举办的关于“小学生数形结合能力的研究”论坛，全省30个共同体研究单位进行了三年级和六年级数形结合能力调查与分析，共同体学校对此项工作非常重视，都给出了分析报告。论坛中来自7所学校的一线教师带来了七堂精彩的数形结合课，有以形来揭示数的《路程速度时间》、《相遇问题》、《合理安排提高效率》、《比赛场次》，有以数来表示形的《点阵中的规律》、《组合图形》、《方向与位置》等，七节课为此次论坛数形结合能力研究提供了很多研究素材，特别是经过小组讨论、专家点评、专家讲座后，给我的教学方法提供了启发。 通过本次论坛，通过与专家面对面的评课、议课结合自己的教学实际和本次对三、六年级的数形能力的调查与分析，主要对以下问题提出了质疑： ●数形结合中“数”与“形”谁先谁后? ●教师在数学教学中如何充分渗透数形结合的思想? ●通过直观的图形揭示数，是否影响了学生的抽象思维能力? ●如何在教学中很好地通过数抽象出图形，看图提问题、解决问题? ●数学课堂中能否建立一种数一形一数或形一数一形的数
学教学模式? ●在高段教学中，数形怎样结合才能促进学生主动发展? 在这次论坛中，通过专家对课例的点评和对数形结合的理解，结合课例对一线教师提出的质疑作出了解答，使一线教师对数形结合在实际教学中要注意的问题有了更深入的理解和认识，使我由最初的迷茫发展至现在的茅塞顿开，达到了参与这次论坛的目的。 一、数形结合是一种数学思考方法 数形结合是数学思考、数学研究、数学应用、数学教学的基本方式，数形结合是双向过程，要处理好数与形的结合，要根据教材的特点和学生的思维水平而定。 1．就教材内容而言，对于较新、较难的教学内容、对于学习较困难的学生可先形后数，用形来表示数，学生通过形来表示数量之间的关系；对于后继教材和较容易理解的内容可先数后形，通过数来揭示形。 2．就学生的年龄特征而言。中低段学生是以具体形象思维为主，实施先形后数，让学生从形中读懂重要的数学信息，并整理信息，提出数学问题并加以解决，对于逻辑思维能力较强的中高段学生，应该逐步过渡到先数后形，如在教学分数的乘、除法意义，教学长方体、正方体、圆柱体的拼、截引起的面积变化时，让学生通过画出直观图形，能让学生很快找出面的变化，
数形结合思想方法
八、数形结合思想方法 中学数学的基本知识分三类：一类是纯粹数的知识，如实数、代数式、方程（组）、不等式（组）、函数等；一类是关于纯粹形的知识，如平面几何、立体几何等；一类是关于数形结合的知识，主要体现是解析几何。数形结合一是一个数学思想方法，应用主要是借助形的直观性来阐明数之间的联系，其次是借助于数的精确性来阐明形的某些属性。 数形结合的思想，其实质是将抽象的数学语言与直观的图像结合起来，关键是代数问题与图形之间的相互转化。 Ⅰ、再现性题组： 1. 设命题甲：0 浅谈数形结合思想在小学数学教学中的渗透 摘要:“数”与“形”之间密不可分,它们相互转化,相辅相成。在教学中渗透数形结合的思想,可把抽象的数学概念直观化,帮助学生形成概念;可使计算中的算式形象化,帮助学生在理解算理的基础上把握算法；可将复杂问题简朴化,在解决问题的过程中，提高学生的思维能力和数学素养。适时的渗透数形结合的思想，可达到事半功倍的效果。 关键词：数形结合；小学数学;数学思想 美国教育心理家布鲁纳也指出：掌握基本的数学思想方法,能使数学更易于理解和更利于记忆,领会基本数学思想和方法是通向迁移大道的“光明之路”。数学思想方法是解决数学问题所采用的方法。它是数学概念的建立、数学规律的归纳、数学知识的掌握和数学问题解决的基础。在人的数学研究中,最有用的不仅仅是数学知识，更重要的是数学思想方法。小学数学中常用的数学思想方法中“数形结合”思想尤为重要。那么在小学数学教学中如何去挖掘并适时地加以渗透呢？以下根据自身的数学教学实践谈谈自己的粗浅见解。 数、形是数学中两大基本概念之一，可以说全部数学大体上都是围绕这两个基本概念的提炼、演变、发展而展开的。“数”和“形”是紧密联系的。我们在研究“数”的时候，往往要借助于“形”,在探讨“形”的性质时,又往往离不开“数”。“数形结合“的思维方法，便是理论与实际的有机联系，是思维的起点，是儿童建构数学模型的基本方法。 本文先解读“数形结合”思想,浅谈其历史性及重要意义,后结合实践重点探讨“数形结合”在小学数学教学中的实际应用和实施途径。 一.了解小学数学教材中蕴涵的主要数学思想方法 数学思想:符号思想，集合思想,对应思想，化归思想。 数学方法: （1)思维方法:分析、综合、抽象、概括、归纳、演绎 (2) 一般方法：观察、实验、比较、分类、联想、类比、化归、猜想 （３)数学特点较强的方法：函数法、数学模型法、数形结合法、统计法、变换法、分析法、综合法 (4)数学技能：换元法、代入法、系数比较法、合并同类项法、因式分解法、判别式法、配方法、加减消元法、代入消元法、待定系数法、恒等变形法、公式法、构造法、通分母、去括号 在小学数学教学中渗透的数学思想和方法,是以数学方法为主,一般称为数学思想方法，包括思维方法与数学技能。、 二、“数形结合”，由来已久?早在数学被抽象、分离为一门学科之前,人们在生活中度量长度、面积和体积时,就已经把数和形结合起来了。在宋元时期，我国古代数学家系统地引进了几何问题代数化的方法，用代数式描述某些几何特 1.课程设计的内容和要求 内容：设计四位原码乘法器电路。 要求：1.有关资料，设计乘法器电路； 2.画出乘法器逻辑图； 3.在实验箱上完成乘法器电路的组装，调试，核对记录，测试有关数据， 通过老师当场验收； 4.完成课程设计报告。 1.课程设计原理 运用存储器的存储功能实现数字的存储。令电路的初始状态为000，000，000000。以二进制的形式输入数字，计算方式是以十进制数字乘法。输入的数字为三位数字，输出的是六位数字。先存储输入的乘数和乘积，然后再将乘积的导线端连到输出段，此时之前输入的乘积就可以在输出端显示。 此时序电路的真值表为： 1.课程设计思路 本次课程设计的题目为四位原码乘法器，利用真值表输入乘数时，需要存放数字，于是我查阅了一些资料，用存储器可以实现这一电路，所以本实验中用到的是INTEL 2114芯片。 具体实现过程如下图： a a b b F 32F 1 1.课程设计所需的器材 1.2114是一个容量为1K4位的静态RAM芯片，常用于寄存器。 其具体的引脚图为： 此芯片的电路图为： 2.数字电路实验箱 3.导线若干 1.课程设计实现 本次课程设计的题目是四位原码乘法器电路。 此部分只用到了2块INTEL2114芯片，具体连接如下： 1、先将这些芯片按在电路板上（注意不要插反，否者容易烧毁芯片）。 2、将两片芯片的A6和GND端，A7,A8,A9接地。 3、Vcc端接电压5V，cs接存储端，WE端接控制端。 4、两块芯片的A5,A4,A3组成一个乘数，A0,A1,A2组成另一个乘数。其中一块芯 片的I/O1,I/O2,I/O3,I/O4和另一块芯片的I/O1,I/O2组成要求的乘积。乘数与乘积的显示方式均为二进制，但是计算方法是以十进制数的乘法法则计算。 1.调试步骤及方法 在连接实验器件之前，要先检查如下实验器件： 1、检查芯片引脚是否有损坏。 2、检查电路板是否好用。 连接实验器件时要注意： 2严格按照电路图一步一步连接，以避免连接错误。 3导线要先连接电源测试是否导电。 连接好电路进行数据测试，输入001，010，000010，存储；001，101，000101，存储；001，111，000111，存储。将连在输入端的四个输出连接到输出端，并输入001，010，但是结果并不是000010，而是000100；再输入001，101，也没有得到000101的结果，而是000110的结果。检查线路，发现输出的线路错位，纠正后重新输入乘数，结果均得到计算结果。调试成功。 1.实验结果 连接好整个电路。A5A4A3和A2A1A0为输入端,即乘数，F5F4F3F2F1F0为输出端，即乘积。如下表： 8. 课程设计结果 输入000，000，000000，存储； 课题：中职常见的三种数学思想方法 教学目标：1.理解数形结合思想，分类讨论思想，转化与化归思想； 2.学会用数形结合思想，分类讨论思想，转化与化归思想 等三种思想解答实际数学问题。 教学重点：帮助学生树立数形结合思想，分类讨论思想，转化与化归思想。 教学难点：数形结合思想，分类讨论思想，转化与化归思想在实际数学问题中的应用。 教学方法：讲练结合及世界大学城空间网络教学 教学设计： Ⅰ.新课讲授 （一）专题一：数形结合思想 1．数形结合的含义 (1)数形结合，就是根据数与形之间的对应关系，通过数与形 的相互转化来解决数学问题的一种重要思想方法． 数形结合思想通过“以形助数，以数辅形”，使复杂问题简单化， 抽象问题具体化，能够变抽象思维为形象思维，有助于把握数 学问题的本质，它是数学的规律性与灵活性的有机结合． (2)数形结合包含“以形助数”和“以数辅形”两个方面，其应用大 致可以分为两种情形：一是借助形的生动性和直观性来阐明数 形之间的联系，即以形作为手段，数作为目的，比如应用函数 的图像来直观地说明函数的性质；二是借助于数的精确性和规 范严密性来阐明形的某些属性，即以数作为手段，形作为目的， 如应用曲线的方程来精确地阐明曲线的几何性质． 角度一：利用数形结合讨论方程的解或图像交点 [例1]函数f(x)＝x 1 2 － ? ? ? ? ?1 2 x 的零点的个数为( ) A．0 B．1 C．2 D．3 方法规律：讨论方程的解(或函数的零点)可构造两个函数，使问题转化为讨论两曲线的交点问题，但用此法讨论方程的解一定要注意图像的准确性、全面性，否则会得到错解. 强化训练：1．方程log3(x+2)=2x解的个数为 角度二：利用数形结合解不等式或求参数问题 [例2]使log2(－x) 数 形 结 合 ———高考解题的一把利刃 山东 胡大波 数形结合思想的实质是将抽象的数量关系与直观的图形结合起来，具有直观、明了、易懂等优越性，如能准确把握，威力巨大．这也是高考考查的重点，让我们看看其在函数中的神奇效果． 一、研究函数的性质 例1 （2005年北京卷13题）对于函数()f x 定义域中任意的1212()x x x x ≠，，有如下结论： ①1212()()()f x x f x f x +=g ；②1212()()()f x x f x f x =+g ； ③1212()()0f x f x x x ->- ；④1212()()22x x f x f x f ++??< ??? ． 当()lg f x x =时，上述结论中正确结论的序号是___． 解析：作出图象如图1，由图可知④不正确；而①显然不成立；②为运算律，成立；③表示12x x -与12()()f x f x -同号，由增函数的定义知：()lg f x x =在其定义域上为增函数成立．所以答案为：②③． 点评：本题综合考查函数的概念、图象及性质，选项③侧重考查单调性，选项④考查函数图象，若用代数方法研究，难度较大，通过图象的特征及其变化趋势则容易判断． 二、研究函数的最值 例2 （2006年全国Ⅱ理科12题）函数19 1()n f x x n ==-∑的最小值为（ ） ． （Ａ）190 （Ｂ）171 （Ｃ）90 （Ｄ）45 解析：绝对值往往是使试题增加难度的“添加剂”．如果试图进行分类讨论，几乎不可能完成，必须另寻妙法!1x -的几何意义是什么？是数轴上的点 x 到点1的距离，那么 12x x -+-就是点x 到点1与到点2的距离之和，如图2，当[1 2]x ∈，时，12x x -+-的最小值为1；又当x =2时，123x x x -+-+-的最小值为2；…，依次类推，当x =10 数形结合思想 1. 数形结合思想的概念。 数形结合思想就是通过数和形之间的对应关系和相互转化来解决问题的思想方法。数学是研究现实世界的数量关系与空间形式的科学，数和形之间是既对立又统一的关系，在一定的条件下可以相互转化。这里的数是指数、代数式、方程、函数、数量关系式等，这里的形是指几何图形和函数图象。在数学的发展史上，直角坐标系的出现给几何的研究带来了新的工具，直角坐标系与几何图形相结合，也就是把几何图形放在坐标平面上，使得几何图形上的每个点都可以用直角坐标系里的坐标(有序实数对)来表示，这样可以用代数的量化的运算的方法来研究图形的性质，堪称数形结合的完美体现。数形结合思想的核心应是代数与几何的对立统一和完美结合，就是要善于把握什么时候运用代数方法解决几何问题是最佳的、什么时候运用几何方法解决代数问题是最佳的。如解决不等式和函数问题有时用图象解决非常简捷，几何证明问题在初中是难点，到高中运用解析几何的代数方法有时就比较简便。 2. 数形结合思想的重要意义。 数形结合思想可以使抽象的数学问题直观化、使繁难的数学问题简捷化，使得原本需要通过抽象思维解决的问题，有时借助形象思维就能够解决，有利于抽象思维和形象思维的协调发展和优化解决问题的方法。数学家华罗庚曾说过：“数缺形时少直觉，形少数时难入微。”这句话深刻地揭示了数形之间的辩证关系以及数形结合的重要性。众所周知，小学生的逻辑思维能力还比较弱，在学习数学时必须面对数学的抽象性这一现实问题；教材的编排和课堂教学都在千方百计地使抽象的数学问题转化成学生易于理解的方式呈现，借助数形结合思想中的图形直观手段，可以提供非常好的教学方法和解决方案。如从数的认识、计算到比较复杂的实际问题，经常要借助图形来理解和分析，也就是说，在小学数学中，数离不开形。另外，几何知识的学习，很多时候只凭直接观察看不出什么规律和特点，这时就需要用数来表示，如一个角是不是直角、两条边是否相等、周长和面积是多少等。换句话说，就是形也离不开数。因此，数形结合思想在小学数学中的意义尤为重大。 3. 数形结合思想的具体应用。 数形结合思想在数学中的应用大致可分为两种情形：一是借助于数的精确性、程序性和可操作性来阐明形的某些属性，可称之为“以数解形”；二是借助形 一、概述 利用四位二进制寄存器、全加器以及D触发器等元器件，实现四位二进制乘法器的控制部分和乘法的实现部分。成法是加法的简便运算乘法运算只能通过加法运算以及移位运算来实现。在控制端用四个触发器产生四个控制信号来控制实现的加法移位功能，实现端在控制端信号作用下依次执行置零、加法、移位和循环操作。 二、方案说明 设计一个4位二进制乘法器，可以存储其乘积。 电路原理框图如图1所示。乘法器可以利用家发起和寄存器实现。 图1 乘法器原理框图 寄存器B存放被乘数，寄存器Q存放乘数，两个乘积长度可能是原来的2倍，故计算完成后将累加和高位放入寄存器A，而Q放寄存器的低位，P 记录乘数的位数，每形成一个部分P加1，当P=4时，乘法结束，两数之积放在AQ寄存器中。 控制端产生四个控制信号分别为T0、T1、T2、T3。在初态T0时，被乘数和乘数已分别存于寄存器B和Q中，等待启动信号S的到来，当S=1时控制器进入状态T1，在此状态下A、E、P清零，准备乘法操作。 从状态T2开始，控制器进入累计部分积的循环操作过程。首先检验乘数的最低有效位Q1。如Q1=1，A和B相加结果存于A和E之中；如果Q1=0，不做加法运算。无论Q1为何值，都要将计数器P加1。在状态T3，合成寄存器EAQ右移一位得到累计的部分积，时检测P之值，如果P不等于4，状态返回T2，继续累计部分积的过程。如果P=4，停止循环，系统返回初始状态T0。 三、电路设计 1、控制器设计 根据图2所示的ASM图表，可以设计二进制乘法器的控制器。 图2 二进制乘法器ASM图表四个D触发器的驱动方程为： D0=T0S’+T3Z=((T0S’)’·(T3Z)’)’ D1=T0S=((T0S)’)’ D2=T1+T3Z’=(T1’·(T3Z’)’)’ D3=T2 浅谈小学数形结合思想方法 摘要：数形结合既是一种重要的数学思想，又是一种常用的数学方法，在小学数学教学与解决问题中广泛应用，本文介绍相关概念并结合人教版小学数学教材，初步整理了数形结合思想方法在各教学领域的渗透与应用，提出培养数形结合思想方法的策略。 关键词：小学数学；数形结合 1.数形结合思想方法的概念 数形结合思想就是通过数和形之间的对应关系和互相转化来解决问题的思想方法。1数形结合既是一种重要的数学思想，又是一种常用的数学方法，在小学数学教学与解决问题中广泛应用，包含“以形助数”和“以数解形”两个方面：前者借助形的直观性来阐明抽象的数之间的关系；后者是利用数的精确性、规范性与严密性来阐明形的某些属性。数形结合思想方法使数与形两种信息互相转换并且优势互补，从而能够将复杂的问题简单化，抽象的问题具体化。2 2.数形结合思想在各个学习领域的渗透与应用 小学数学分为“数与代数”、“图形与几何”、“统计与概率”、“综合与实践”这四个学习领域，数形结合思想在这四个领域中都得到了广泛的应用。我通过对教材的分析，初步整理了数形结合思想方法在各教学领域的渗透与应用。 2.1数形结合思想方法在“数与代数”知识领域中的渗透与应用 数是十分抽象的，教材在编排上充分利用了数形结合，帮助孩子理解数的含义。如，一年级上册1~5的认识这一课时： 教材的内容与目标体现以下两方面：（1）体会“形”的直观性。借助各种实物图作为直观工具，帮助学生理解数字的含义。（2）了解可以用数来描述几何图形。通过让学生用相应数量的小棒摆一摆图形的过程，引导学生数一数，增强用数的量化来描述形，让学生初步感受数中有形、形中有数的思想。 除此之外，在加减法的计算学习中，利用画图来直观呈现各种信息，帮助学生分析数量关系；在乘法口诀的学习中，利用各种图形（点子图、数轴、表格）帮助学生理解乘法的意义和口诀的推导；在分数的学习中，为了让学生能够理解分数的含义，教材运用了大量的图形作为直观手段；在小数的学习中，利用尺子、线段、正方形等直观手段帮助学生理解小数的意义与性质；在方程的学习中，利用天平图作为直观手段，理解等式的性质，利用画线段图帮助学生理解数量关系……可以说，数形结合思想在“数与代数”的学习中无处不在，应用十分广泛。 2.2数形结合思想方法在“图形与几何”知识领域中的渗透与应用 1王永春.小学数学与数学思想方法[M].上海:华东师范大学出版社,2014:65. 2毕保洪,贺家兰.数形结合思想的应用[J].中学教与学,2017,1:15-16. 目录 一、设计目的 (1) 二、设计要求 (1) 三、设计内容 (1) 3.1、除法的实现 (1) 3.2、设计框图 (1) 3.3、功能说明 (1) 3.4、VHDL程序源代码 (2) 3.5、VHDL程序说明 (3) 四、原理图和印刷板图 (4) PCB板图 (4) Protel 原理图 (5) 五、设计结论 (6) 六、设计心得体会 (6) 七、主要参考文献 (7) 一、设计目的 1.掌握电子电路的一般设计方法和设计流程； 2.学习使用PROTEL软件绘制电路原理图及印刷板图。 二、设计要求 设计一个四位二进制除法器，具体要求如下： 1. 用键盘输入两个四位二进制数，并用数码管显示输入数。 2．按除法键即显示相除结果。 3. 除数为零时，数码管黑屏，不显示任何内容。 三、设计内容 1、设计过程 要想实现四位二进制除法器，必须首先实现除法的功能。 除法实现的方案可以用VHDL语言实现。 整个四位二进制除法器包括：输入电路，判断电路，除法电路，译码电路和显示电路。这些电路可以分别进行设计。 2、设计框图 3．各个模块的功能说明 ●整个四位二进制除法器的实现可以分为以下5个部分： ●输入电路：输入两个4位2进制数A和B。它是通过连着高电平的8个开关 来实现的。 ●判断电路：判断B是否为0。它是通过1个5输入同或门实现的。如果 B为0，输出端输出高电平，使能端除法器不工作，显示器黑屏。 ●除法电路：由VHDL语言实现的。它实现两个4位2进制数相除，并输出商y 和余数r. ●译码电路：由VHDL语言实现的。它实现两个4位2进制数相除，并输出商y 和余数r. ●显示电路：将译码器译成的数用数码管显示出来。 4．VHDL程序源代码 除法源代码 1．Library ieee; 2．Use ieee.std_logic_1164.all; 3．Entity divider is 4．Generic (n: integer :=3); 5．Port( a, b : in integer range 0 to 15; 6．y:out std_logic_vector ( 3 downto 0); 7．rest:out integer range 0 to 15; 8．err:out std_logic); 9．End divider ; 10．Architecture rtl of divider is 11．Begin 12．Process (a,b) 13．Variable temp1:integer range 0 to 15; 14．Variable temp2:integer range 0 to 15; 15．Begin 16．temp1:=a; 17．temp2:=b; 18．if(b=0)then err <=’1’; 19．Else err<=’0’; 数学思想方法专题：数形结合思想 【教学目标】 知识目标 数形结合是把数或数量关系与图形对应起来，借助图形来研究数量关系或者利用数量关系来研究图形的性质，是一种重要的数学思想方法。它可以使抽象的问题具体化，复杂的问题简单化。灵活运用数形结合的思想方法，可以有效提升思维品质和数学技能。 能力目标 用好数形结合的思想方法，需要在平时学习时注意理解概念的几何意义和图形的数量表示，为用好数形结合思想打下坚实的知识基础。函数的图像、方程的曲线、集合的文氏图或数轴表示等，是 “以形示数”，而解析几何的方程、斜率、距离公式，向量的坐标表示则是 “以数助形”，还有导数更是数形结合的产物，这些都为我们提供了 “数形结合”的知识平台。 情感目标 在数学学习和解题过程中，要善于运用数形结合的方法来寻求解题途径，制定解题方案，养成数形结合的习惯，解题先想图，以图助解题。 【教学重难点】 重点：对数形结合思想方法的考查包含“以形助数”和“以数辅形”两个方面，代数问题几何化，几何问题代数化。 难点：一些概念和运算的几何意义及常见曲线的代数特征，关键在于恰当应用图形来体现数的几何意义，巧妙运用数的精确性和严密性，来揭示形的某些属性。 【考情分析】 在高考中，利用客观题的题型特点来考查数形结合的思想方法，突出考查考生将复杂的数量关系转化为直观的几何图形来解决问题的意识，而在解答题中对数形结合思想的考查是由“形”到“数”的转化为主。高考题对数形结合思想方法的考查，一方面是通过解析几何或平面向量考查一些几何问题，如何用代数方法来处理，另一方面，有一些代数问题则依靠几何图形的构造和分析辅助解决，历年来高考试卷中的许多试题都富有鲜明的几何意义，运用数形结合思想可迅速做出正确的判断。 【知识归纳】 数形结合思想包含“数形结合”和“形数结合”两方面，“数形结合”就是将代数的问题转化为图形形式的问题，利用图形形式解决问题；“形数结合”就是将图形的问题转化为代数的问题，利用代数的方法解决问题。 应用数形结合的思想，可实现以下类型的数与形的转化： (1)构建函数模型并结合其图象求参数的取值范围； (2)构建函数模型并结合其图象研究方程根的范围，求零点的个数； (3)构建解析几何中的斜率、截距、距离等模型研究最值问题； (4)构建函数模型并结合其几何意义研究函数的最值问题、比较大小关系和证明不等式； (5)构建立体几何模型将代数问题几何化； (6)建立坐标关系，研究图形的确定形状、位置关系、性质等. 【考点例析】 题型1：数形结合思想在集合中的应用 例1．设平面点集{ } 22 1(,)()()0,(,)(1)(1)1A x y y x y B x y x y x ??=--≥=-+-≤??? ? ，则B A ?所表示的平 面图形的面积为（ D ） A ． 34π B ． 35π C ． 47π D ． 2 π 数形结合的思想 中学数学的基本知识分三类：一类是纯粹数的知识，如实数、代数式、方程（组）、不等式（组）、函数等；一类是关于纯粹形的知识，如平面几何、立体几何等；一类是关于数形结合的知识，主要体现是解析几何。数形结合是一个数学思想方法，包含“以形助数”和“以数辅形”两个方面，其应用大致可以分为两种情形：或者是借助形的生动和直观性来阐明数之间的联系，即以形作为手段，数为目的，比如应用函数的图像来直观地说明函数的性质；或者是借助于数的精确性和规范严密性来阐明形的某些属性，即以数作为手段，形作为目的，如应用曲线的方程来精确地阐明曲线的几何性质。恩格斯曾说过：“数学是研究现实世界的量的关系与空间形式的科学。”数形结合就是根据数学问题的条件和结论之间的内在联系，既分析其代数意义，又揭示其几何直观，使数量关的精确刻划与空间形式的直观形象巧妙、和谐地结合在一起，充分利用这种结合，寻找解题思路，使问题化难为易、化繁为简，从而得到解决。“数”与“形”是一对矛盾，宇宙间万物无不是“数”和“形”的矛盾的统一。华罗庚先生说过：数缺形时少直观，形少数时难入微，数形结合百般好，隔裂分家万事休。数形结合的思想，其实质是将抽象的数学语言与直观的图像结合起来，关键是代数问题与图形之间的相互转化，它可以使代数问题几何化，几何问题代数化。在运用数形结合思想分析和解决问题时，要注意三点：第一要彻底明白一些概念和运算的几何意义以及曲线的代数特征，对数学题目中的条件和结论既分析其几何意义又分析其代数意 义；第二是恰当设参、合理用参，建立关系，由数思形，以形想数，做好数形转化；第三是正确确定参数的取值范围。数学中的知识，有的本身就可以看作是数形的结合。如：锐角三角函数的定义是借助于直角三角形来定义的；任意角的三角函数是借助于直角坐标系或单位圆来定义的。 浅谈数形结合思想的应用 ——蒋海朋摘要：数学是在客观上研究数量关系和空间形式的一门科学，用通俗易懂的话来概括就是数学是研究“数”和“形”的一门科学。数相对于形来说更为抽象，形相对于数来说较为直观，在研究学习中，数与形是相辅相成、息息相关的。对于这个问题，本人在结合自己学习的总结以及前人所提供的经验，并且查阅相关资料，对于这个话题做一个简单的分析。文中的例子都是本人在学习中总结的历年高考、中考的试题以及模拟题，有很强的代表性。 关键词：数形结合数学思想应用 1 引言 1.1问题提出的背景 纵观数学发展的历史进程，数学家们早已把“数”和“形”联系在一起。早在公元300年之前，欧几里得的著作《几何原本》，他从几何的角度出发去研究和处理等价的代数问题；笛卡尔利用坐标为根基，通过代数为途径来研究几何问题，进而创立了解析几何学；化圆为方、三等分角、立方倍积这些几何难题都通过代数的方法得以完美解决。 数学往往被分为两大类：代数、几何。虽然他们被分为两类，但他们绝不是相互独立的，反而是密切相关的。很多代数上的问题计算量很大，看似非常复杂，甚至无从下手，但是利用了图形之后就会发现问题迎刃而解，直观的图形很容易反映图形的性质；很多几何问题因为辅助线相对复杂想不到，导致无法进一步研究，但是往往我们利用坐标系能够把几何问题转化成代数问题，同样也做到了化 繁为简。这就是数学上常用的数形结合思想。 1.2问题研究的意义 伟大的数学家华罗庚就曾说过：“数形结合百般好，割裂分家万事休。”这两句诗充分直观得反映了“数”与“形”这两者密不可分的联系。应用数形结合思想来思考问题就是要求我们结合代数的准确论证和图形的直观描述来发现问题的解决途径的一种思想方法。由此可见，数形结合思想对于数学解题方面的应用来说是十分重要的，但老师往往仅仅把它当做一种思想一谈而过，照着课本讲课，没有引导学生进一步思考，导致很多学生都不能具体有序地应用这种思想。 2 数形结合思想的重要地位 2.1使用数形结合思想的意义 数形结合思想无疑是连接“数”和“形”的桥梁，几何的直观形象和数量关系的严谨他们各有优点，在应用过程中有目的有计划地将“数”与“形”结合在一起，根据题目的已知条件，整合“数”和“形”的相关信息，巧妙结合，从而建起它们中间的桥梁，兼取两者之优，能让我们的解题更为轻松。 四位二进制除法器设计 李道通58 1、设计方法 采用移位相减法设计二进制除法器：被除数和除数都是二进制数，采用将除数移位的方法。1）判断除数是否零：如果除数为零，返回等待；2）除数不为零时，C左移一位，将被除数A的最高位赋值给C的最低位，A左移一位，将最低位赋值为零；3）判断C和除数B的大小，若C>=B，这C=C-B，且A的最低位赋值为1。4)如此循环四次，得到的A即为商，得到的C为余数。该算法的好处在于被除数和商公用一个寄存器A，节省资源。 2、算法流程图 图中：被除数和除数分别放在A、B中，商余数分别放在A和C，N为计数器 3、VHDL程序代码： LIBRARY IEEE; USE ldt_chufaqi IS PORT(A,B:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); C,D:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)); END ENTITY ldt_chufaqi; ARCHITECTURE BEHAV OF ldt_chufaqi IS BEGIN S1:PROCESS(A,B) VARIABLE N:INTEGER; VARIABLE TEMP_A,TEMP_B,TEMP_C:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGIN TEMP_A:=A; TEMP_B:=B; TEMP_C:="0000"; N:=0; IF(B>"0000")THEN WHILE(N<4) LOOP TEMP_C:=TEMP_C(2 DOWNTO 0)& TEMP_A(3); TEMP_A:=TEMP_A(2 DOWNTO 0)&'0'; IF TEMP_C>=TEMP_B THEN TEMP_C:=TEMP_C-TEMP_B; TEMP_A(0):='1'; END IF; N:=N+1; END LOOP; ELSE TEMP_A:="ZZZZ"; TEMP_C:="ZZZZ"; END IF; D<=TEMP_A(3 DOWNTO 0);C<=TEMP_C(3 DOWNTO 0); END PROCESS; END ARCHITECTURE BEHAV; 4、仿真结果： 图中：A、B、C、D分别是被除数、除数、余数和商，因本人对软件和语言的运用理解不足，无法做到A的同时输入和输出，故将A的结果赋值给D，但基本思路运算方法已经得到实现。 除数为零时，商和余数都为高阻态； 数形结合的思想方法(1)---讲解篇 一、知识要点概述 数与形是数学中两个最古老、最基本的元素，是数学大厦深处的两块基石，所有的数学问题都是围绕数和形的提炼、演变、发展而展开的：每一个几何图形中都蕴藏着一定的数量关系，而数量关系又常常可以通过图形的直观性作出形象的描述。因此，在解决数学问题时，常常根据数学问题的条件和结论之间的内在联系，将数的问题利用形来观察，提示其几何意义；而形的问题也常借助数去思考，分析其代数含义，如此将数量关系和空间形式巧妙地结合起来，并充分利用这种“结合”，寻找解题思路，使问题得到解决的方法，简言之，就是把数学问题中的数量关系和空间形式相结合起来加以考察的处理数学问题的方法，称之为数形结合的思想方法。 数形结合是一个数学思想方法，包含“以形助数”和“以数辅形”两个方面，其应用大致可以分为两种情形：或者是借助形的生动和直观性来阐明数之间的联系，即以形作为手段，数为目的，比如应用函数的图像来直观地说明函数的性质；或者是借助于数的精确性和规范严密性来阐明形的某些属性，即以数作为手段，形作为目的，如应用曲线的方程来精确地阐明曲线的几何性质。 数形结合的思想，其实质是将抽象的数学语言与直观的图像结合起来，关键是代数问题与图形之间的相互转化，它可以使代数问题几何化，几何问题代数化。在运用数形结合思想分析和解决问题时，要注意三点：第一要彻底明白一些概念和运算的几何意义以及曲线的代数特征，对数学题目中的条件和结论既分析其几何意义又分析其代数意义；第二是恰当设参、合理用参，建立关系，由数思形，以形想数，做好数形转化；第三是正确确定参数的取值范围。 二、解题方法指导 1．转换数与形的三条途径： ①通过坐标系的建立，引入数量化静为动，以动求解。 ②转化，通过分析数与式的结构特点，把问题转化到另一个角度来考虑，如将转化为勾股定理或平面上两点间的距离等。 ③构造，比如构造一个几何图形，构造一个函数，构造一个图表等。 2．运用数形结合思想解题的三种类型及思维方法： ①“由形化数”：就是借助所给的图形，仔细观察研究，提示出图形中蕴含的数量关系，反映几何图形内在的属性。 ②“由数化形”：就是根据题设条件正确绘制相应的图形，使图形能充分反映出它们相应的数量关系，提示出数与式的本质特征。 ③“数形转换”：就是根据“数”与“形”既对立，又统一的特征，观察图形的形状，分析数与式 的结构，引起联想，适时将它们相互转换，化抽象为直观并提示隐含的数量关系。 三、数形结合的思想方法的应用 (一)解析几何中的数形结合 解析几何问题往往综合许多知识点，在知识网络的交汇处命题，备受出题者的青睐，求解中常常通过数形结合的思想从动态的角度把抽象的数学语言与直观的几何图形结合起来，达到研究、解决问题的目的. 1. 与斜率有关的问题 【例1】已知：有向线段PQ的起点P与终点Q坐标分别为P（-1，1），Q（2，2）.若直线l∶x+my+m=0 数形结合思想 数形结合思想在高考中占有非常重要的地位,其“数”与“形”结合，相互渗透,把代数式的精确刻划与几何图形的直观描述相结合，使代数问题，几何问题相互转化，使抽象思维与形象思维有机结合。应用数形结合思想，就是充分考查数学问题的条件与结论之间的内在联系,既分析其代数意义又提示其几何意义,将数量关系和空间形式巧妙结合，寻求解题思路，使问题得到解决。运用这一数学思想,要熟练掌握一些概念和运算的几何意义及常见曲线的代数特征。 一、选择题 １．设()y f x = 的图象经过点(1,2)--（ ) A.(2,1)- B ．(8,1)-- C.(4,-解:已知得(1)2f -=-,∴1(2)1f --=- 令1 222 x -= +,得8x =-，故选答案 ２.已知函数32 ()f x ax bx cx d =+++A.(,0)b ∈-∞ Ｂ.(0,1)b ∈ C.b 解:根据图象可知()(1)(2)f x ax x x =--展开得32()32f x ax ax ax =-+ 与32()f x ax bx cx d =+++比较系数知b 3．方程1 sin()44 x x π-=的实根个数是( ) A ．2 B.３ 解:分别作出sin(y x = 与直线1 :4 l y x =的图象如下 只须考虑[4,4]x ∈-时交点个数，得答案 B. 4．设Ｐ (,) x y 是圆22(1)1x y +-=上的任意一点,欲使不等式 0x y c ++≥恒成立,则c 的取值范围是( ） A.[11]-- B.1,)+∞ C.(1) D.(,1]-∞ 解:由线性规划知识知0x y c ++≥表示点P 在直线:0l x y c ++=的上方 ∴圆在l 上方，即圆心(0,1)到l 的距离大于（或等于）1 1, ∴1c （舍去）或1c ≤,得答案D. 5.已知()()()2f x x a x b =---（其中a b <)且α、β是方程()0f x =的两根(αβ<)，则实数,,,a b αβ的大小关系是( ） Ａ．a b αβ<<< Ｂ.a b αβ<<< C.a b αβ<<< Ｄ.a b αβ<<< 解:易知,a b 是()()()0g x x a x b =--= ∵()()2f x g x =-，作(),()f x g x 得答案Ａ. 6．平面上整点(横、纵坐标都是整数的点）到直线54 35 y x =+的最小值是( ） A. 170 B.85 C. 120 D ．1 30 解：直线方程化为2515120x y -+=,设整点坐标为(,)m n ，则距离 d = = ∵5(53)051015m n -=±±±或或或 ∴min |5(53)12|2m n -+=，此时2,4m n == ∴min 85 d ==，此时整点为(2,4),选答案B ． ) 浅谈数形结合思想方法的渗透 数形结合思想是数与形之间的对应关系，通过数与形的相互转化，将抽象的数学语言与直观的图形结合起来解决问题的思想方法，数形结合思想是数学中最重要、最基本的思想，是解决许多数学问题的有效思想，利用数形结合能使“数”和“形”统一起来。以形助数，以数辅形，可以使许多数学问题变得简易化。华罗庚教授对此有精辟概述：“数无形，少直观；形无数，难入微”。那么如何在教学中渗透数形结合的思想。下面谈谈自己的看法： 一、教师要深入研究教材，有效渗透数形结合 小学数学内容中，有相当部分的内容是计算问题，计算教学要引导学生理解算理，算理就是计算方法的道理，学生不明白道理又怎么能更好的掌握计算方法①？在学生获得知识和解决问题的过程中能有效地引导学生经历知识形成的过程，让学生在观察、对比、分析、抽象、概括的过程中看到数学知识蕴涵的思想。如一年级下册“两位数加减一位数和整十数“35-2和35-20内容时，教师可提出问题，这两题怎么计算？让学生说出算法，再根据学生的回答分别写出支形图，并写出想的过程，然后进一步追问：“有没有不同的算法？”激发学生思考，开拓学生的学习思维。最后进一步问：计算35-2，能不能先用十位上的3减2等于1，结果35-2等于15对吗？让学生思考讨论，产生思维的碰撞，让学生的思维碰撞出智慧的火花。接下来让学生用摆小棒验证，教师可充分利摆小棒，使学生明白：因为35中的3表示3个十，5表示5个1，计数单位不同，所以不能用十位上的3减2，可以用5个1减2个1等于3个1，它们的计数单位都是1，再和3个十合并起来等33。通过摆小棒有效地渗透数形结合，使问题简明直观。教师要深入研究教材，弄清编排的意图，吃透教材，才能用好教材，有效渗透数形结合思想，彰显了数学学习的价值，通过摆小棒这个活动让学生感受到简单推理的过程，获得一些简单推理的经验就可以了。在教师的引导下，让学生明白这两题是把相同数位相加减的算理，这是教材编排的意图，也是本节课的重点。学生不明白道理又怎么能更好的掌握计算方法？在教学时，应以清晰的理论指导学生理解算理，在理解算理的基础上掌握计算方法，正所谓“知其然，知其所以然”。渗透数学思想，路漫漫兮，任重而道远，作为孩子们的导师，我们应该充分根据孩子们的发展规律，适当地利用教材，在教学过程中巧妙地渗透思想，培 四位二进制除法器设计 李道通1411082758 1、设计方法 采用移位相减法设计二进制除法器：被除数和除数都是二进制数，采用将除数移位的方法。1）判断除数是否零：如果除数为零，返回等待；2）除数不为零时，C左移一位，将被除数A的最高位赋值给C的最低位，A左移一位，将最低位赋值为零；3）判断C和除数B的大小，若C>=B，这C=C-B，且A的最低位赋值为1。4)如此循环四次，得到的A即为商，得到的C为余数。该算法的好处在于被除数和商公用一个寄存器A，节省资源。 2、算法流程图 图中：被除数和除数分别放在A、B中，商余数分别放在A和C，N为计数器 3、VHDL程序代码： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; USE IEEE.NUMERIC_STD.ALL; ENTITY ldt_chufaqi IS PORT(A,B:IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); C,D:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0)); END ENTITY ldt_chufaqi; ARCHITECTURE BEHA V OF ldt_chufaqi IS BEGIN S1:PROCESS(A,B) V ARIABLE N:INTEGER; V ARIABLE TEMP_A,TEMP_B,TEMP_C:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); BEGIN TEMP_A:=A; TEMP_B:=B; TEMP_C:="0000"; N:=0; IF(B>"0000")THEN WHILE(N<4) LOOP TEMP_C:=TEMP_C(2 DOWNTO 0)& TEMP_A(3); TEMP_A:=TEMP_A(2 DOWNTO 0)&'0'; IF TEMP_C>=TEMP_B THEN TEMP_C:=TEMP_C-TEMP_B; TEMP_A(0):='1'; END IF; N:=N+1; END LOOP; ELSE TEMP_A:="ZZZZ"; TEMP_C:="ZZZZ"; END IF; D<=TEMP_A(3 DOWNTO 0);C<=TEMP_C(3 DOWNTO 0); END PROCESS; END ARCHITECTURE BEHA V; 4、仿真结果： 图中：A、B、C、D分别是被除数、除数、余数和商，因本人对软件和语言的运用理解不足，无法做到A的同时输入和输出，故将A的结果赋值给D，但基本思路运算方法已经得到实现。浅谈数形结合思想在小学数学教学中的渗透
四位原码乘法器
三种数学思想方法教案
数形结合思想数形结合思想数形结合
数形结合思想
4位乘法器
浅谈小学数形结合思想
四位二进制除法器说明书
数学思想方法专题数形结合思想
数形结合的思想
浅谈数形结合思想的应用
四位二进制除法器
高中数学的数形结合思想方法-全(讲解+例题+巩固+测试)
数形结合思想
浅谈数形结合思想方法的渗透
四位二进制除法器
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