Анализ ошибок заочной математической школы (стр. 2 из 7)

;

.

Следовательно,

,

или:

.

(3)

Умножив обе части равенства (3) на

и раскрыв скобки, получим:

.

(4)

Прибавив к обеим частям равенства (4) разность

, получим:

.

(5)

Из (5) следует, что

.

(6)

Анализ ошибки: В данном случае переход от (5) к (6) не равносильный, так как равенство (5) выполняется в двух случаях:

1)

, тогда не обязательно, чтобы .

2)

, тогда обязательно .

Заметим, что

всегда. Поэтому, отбросив первый случай, ученик по сути дела пошел по неверному пути. Все ученики хорошо знают, что на ноль делить нельзя. Тем не менее они часто делят на выражения без проверки равенства последних нулю.

Приведем еще один пример, когда рассмотрены не все возможные случаи.

Пример А4: Дан треугольник ABC. Проведена высота BH, равная 4. Найдите площадь треугольника ABC, если известно, что AH=6, BC=5.

Решение:

Так как треугольник BCHпрямоугольный, то

CH =

= 3.

Значит AC = AH + HC = 6 + 3 = 9.

Площадь треугольника ABCсоответственно равна:

.

Анализ решения: В рассуждениях ошибок нет, но не рассмотрен случай, когда треугольник ABC – тупоугольный. Рассуждения будут аналогичными, а ответ другой. Очевидно, ученик бессознательно использовал в решении особенности своего чертежа, не вытекающие из условия задачи.

1.2 Синтез.

Синтез – это мысленное объединение частей, свойств, действий в единое целое. Синтез не является механическим соединением частей и поэтому не сводится к их сумме [2].

Главное в процессе синтеза – учесть все условия, все данные, чтобы получить адекватный результат. Всем известно, что бывает, если не учесть одно из уравнений системы; как трудно иногда решить задачу по геометрии, позабыв про какие-то данные; построить график функции, не исследовав ее производную и т. п. Рассмотрим примеры, когда одно из условий не учтено.

Задача С1: Решить неравенство

.

Решение: так как знаменатель дроби всегда положителен, то он не влияет на знак. Получаем, что решением неравенства будет промежуток (–3; 3).

Анализ ошибки: Знаменатель действительно не влияет на знак неравенства, но при равенстве последнего нулю дробь не имеет смысла, поэтому x = 0 следует исключить из множества решений.

Таким образом, от того, в какой степени учтены свойства исследуемого объекта, зависит конечный результат синтеза.

1.3 Сравнение и аналогия.

Сравнение – это установление сходства или различия между предметами или их отдельными признаками . Сравнение приводит к правильному выводу, если выполняются следующие условия: сравниваемые понятия однородны и сравнение осуществляется по таким признакам, которые имеют существенное значение.

Процесс сравнения и аналогия тесно связаны. Можно сказать, что сравнение подготавливает почву для применения аналогии. С помощью аналогии сходство предметов, выявленное в результате их сравнения, распространяется на новое свойство. Рассуждения по аналогии можно представить следующей схемой:

Объект A обладает свойствами c₁, c₂, …, c_n.

Объект B обладает свойствами c₁, c₂, …, c_n-1.

Предполагается, но не утверждается, что B обладает свойствомc_n. Именно поэтому аналогию нельзя считать доказательным методом, ее еще надо обосновать. Тем не менее, рассуждения по аналогии полезны в процессе обучения, так как подразумевают самостоятельную формулировку новых теоретических фактов. Основная ошибка школьников при применении аналогии – это отсутствие рассуждений, которые бы полностью ее обосновывали. Без них решение является неполным или просто неверным.

Рассмотрим наиболее часто встречающиеся в решениях школьников виды необоснованных аналогий:

1) Расширение сферы применения теоремы.Появление такого рода ошибки, как правило, связано с формальным знанием теоремы или свойства. В сознании ученика четко не выделены условия применимости теоремы, и в результате некоторые из них остаются за пределом его рассмотрения. Следствием этого является незаконное использование теоремы. По сути ученик применяет не теорему, а ее аналог, который нередко оказывается неверным. Рассмотрим пример:

Пример Aн1: Хорда, не проходящая через центр окружности, равна диаметру.[5]

Доказательство: Дана окружность с диаметром AB. Выберем на ней произвольно точку C. Середина AC– точка D. Проведем через точки B и D хорду BE.

Теперь соединим точки C и E.

Рассмотрим треугольники ADB и DCE. Они равны по стороне и двум углам:AD = DCпо построению; ÐB = ÐC как вписанные, опирающиеся на одну дугу AE; ÐADB = ÐCDE как вертикальные. Значит соответствующие стороны AB и EC равны.

Анализ ошибки: «Равенство треугольников по стороне и двум углам» – именно такую условную формулировку часто дают признаку равенства треугольников по стороне и прилежащим к ней углам. В результате школьники просто ищут пары равных элементов: AD = DC, ÐB = ÐC, ÐADB = ÐCDE. При этом условие, что углы должны быть прилежащими соответственно к сторонам AB и DC, забывается. Буквальное восприятие условной формулировки признака равенства треугольников приводит к замене его совсем другим. Произошло расширение сферы применения признака. Ученик воспользовался им без выполнения надлежащих условий, он заменил их на более общие. Это и привело к противоречивому факту – равенству хорды, не проходящей через центр, диаметру. В этом случае лучше всего будет, если ученик самостоятельно, просмотрев предварительно точную формулировку признака равенства треугольников, найдет у себя ошибку.

2) Использование вместо теоремы обратного к ней утверждения. Смысл рассуждений при этом заключается в следующем: если у нас верно AÞB, то верным будет и BÞA. Понятно, что это выполняется не всегда. Приведем простой пример, когда обратная теорема не верна, и ее применение приводит к противоречивому результату.

Пример Ан2: Докажем, что все числа равны.

Для этого возьмем два произвольных числа aи b. Докажем, что a = b.

0 = 0 Þ a² – 2ab +b² = b² –2ab + a²Þ (a – b)² = (b – a)²Þ a – b =

= b – a Þ 2a = 2b Þ a = b.

Переход(a – b)² = (b – a)²Þ a – b = b – aневерен. Дело в том, что из равенства чисел следует равенство их квадратов, но из равенства квадратов не следует равенство чисел (будут равны лишь их модули).

3) Ошибки при попытке обобщения. Пусть у нас имеется класс A и класс B. Для элементов класса Aвыполняется свойство C_A. Делается предположение, что для элементов класса B будет выполняться условие C_B, которое построено по аналогии со свойством C_A в соответствии с особенностями класса B. Например:

Задача Ан3: В прямом параллелепипеде ребра равны a, b, c. Найдите длину главной диагонали.

Решение: Так как в прямоугольнике квадрат диагонали равен сумме квадратов его сторон, то квадрат главной диагонали в прямом параллелепипеде будет равен сумме квадратов его ребер, то есть a² + b² +c².

В данном случае утверждение, полученное по аналогии, верно, но не доказано.

Другой пример: в плоскости любая прямая задается уравнением вида Ax + By + C = 0. Предположение, что в пространстве любая прямая будет задаваться уравнением вида
Ax + By + Cz + D = 0 не верно.