Курсовая работа: Изучение показательной и логарифмической функции в школьном курсе математики
Изучение различных преобразований выражений и формул занимает значительную часть учебного времени в курсе школьной математики. Простые преобразования, опирающиеся на свойства арифметических операций, производятся уже в начальной школе и в IV-V классах.
Дата добавления на сайт: 19 февраля 2025
Содержание
Введение
1. Теоретические основы изучения показательной и логарифмической функций в школьном курсе математики
1.1 Анализ учебников
.2 Основные понятия, связанные с понятиями показательной и логарифмической функций в школьном курсе математики
.3 Анализ результатов ЕГЭ 2012-2013 гг.
. Решение задач с использованием логарифмической и показательной функции в школьном курсе математики
.1 Обзор задач и упражнений на решение показательной логарифмической функций в школьном курсе математики
.2 Методика решения типовых задач, связанных с показательной и логарифмической функциями, в школьном курсе математики
.3 Подбор задач на нахождение и использование показательной и логарифмической функций в школьном курсе математики
Заключение
Список использованных источников
Введение
Изучение различных преобразований выражений и формул занимает значительную часть учебного времени в курсе школьной математики. Простые преобразования, опирающиеся на свойства арифметических операций, производятся уже в начальной школе и в IV-V классах. Но основная нагрузка по формированию умений и навыков выполнения преобразований приходится на школьный курс алгебры. Связано это как с быстрым увеличением числа и разнообразия совершаемых преобразований, так и с усложнением деятельности по их доказательству и выяснению условий применимости, с выделением и изучением понятий, преобразований. Данная исследовательская работа в области алгебры и начала анализа на тему \"Изучение показательной и логарифмической функции в школьном курсе математики\".
Большой вклад в разработку данной темы внес математик и механик - Леонард Эйлер. Близкое к современному понимание логарифмирования - как операции, обратной возведению в степень - впервые появилось у Валлиса и Иоганна Бернулли , а окончательно было узаконено Эйлером . В книге \"Введение в анализ бесконечных\" Эйлер дал современные определения показательной и логарифмической функций, привёл разложение их в степенные ряды, особо отметил роль натурального логарифма. Эйлеру принадлежит и заслуга распространения логарифмической функции на комплексную область.
Неслучайно то, что показательная функция играет важную роль в математике, её используют как математическую модель для большого класса процессов в области физики и экономики. Также в нахождении закономерностей этих процессов используется логарифмическая функция. Без изучения этих функций школьный курс математики имел бы меньшую значимость не только в математическом образовании, но и в формировании мышления учащихся, в осуществлении связи обучения математики с жизнью.
Первый раздел данной работы описывает основы изучения показательной и логарифмической функций в школьном курсе математики, так же включает анализ учебников и результатов ЕГЭ 2012-2013 гг. по исследуемой теме, рассматривается непосредственно сама показательная и логарифмическая функции.
Второй раздел включает решение примеров и задач с использованием показательной и логарифмической функций.
Объект исследования: процесс изучения показательной и логарифмической функций в школьном курсе математики.
Предмет исследования: содержание и методы изучения показательной и логарифмической функций в школьном курсе математики.
Цель исследования: проанализировать содержание и методы обучения, систематизировать задачи по теме материала \"Показательная и логарифмическая функции\".
На основании объекта и цели исследования следует рассмотреть следующие задачи:
.провести теоретический анализ школьных учебников, интернет-источников, педагогической и методической литературы по теме исследования;
.рассмотреть основные понятия, утверждения, типовые задачи, связанные с показательной и логарифмической функциями в школьном курсе математики;
.рассмотреть различные методики решения типовых задач;
.выполнить подбор и систематизацию задач на нахождение и использование показательной и логарифмической функций в школьном курсе математики.
Теоретическая значимость работы заключается в получении знаний, способствующих изучению различных сторон математических понятий показательной и логарифмической функций.
Практическая значимость исследования определяется тем, что учебные материалы, направлены на повышение уровня знаний понятий при изучении темы \"Показательная и логарифмическая функции\".
1. Теоретические основы изучения показательной и логарифмической функций в школьном курсе математики
.1 Анализ учебников
Проанализируем учебники по Алгебре и начала математического анализа таких авторов, как Колмогоров А.Н. и Мордкович А.Г.
В учебнике для 10-11 классов 2008 года общеобразовательных учреждений под редакцией А.Н. Колмогорова, авторы которого: А.Н. Колмогорова, А.М. Абрамов, Ю.П. Дудницын, Б.М. Ивлев, С.И. Шварцбург, изучение темы \"Показательная и логарифмическая функции\" начинается в 11 классе.
Учебник Колмогорова А.Н. поможет старшеклассникам, подготовится к экзаменам и получит основу знаний для поступления в ВУЗ. Учебник написан на высоком научном уровне, основные теоретические положения иллюстрируются конкретными примерами. Каждый пункт книги содержит образцы решения типичных задач, соответствующих обязательному уровню подготовки по данной теме, и более трудные задачи для учащихся, хорошо и отлично усвоивших пройденный материал. Вопросы и задачи на повторение, которыми заканчивается четвертая глава учебника, позволят учащимся проконтролировать свои знания и умения, а также могут быть использованы учителем при проведении итогового опроса или зачета. Упражнения для повторения всего темы помещены в главе \"Задачи на повторение\", а задачи повышенной трудности содержит заключительная глава [5, с. 1].
Анализ содержания учебника для 10-11 классов 2009 года общеобразовательных учреждений (базовый уровень) А.Г. Мордковича показал, что материал дает цельное и полное представление о показательной и логарифмической функции. Отличительные особенности учебника - более доступное для школьников изложение материала по сравнению с традиционными учебными пособиями, наличие большого числа примеров с подробными решениями. Параграфы имеют повествовательный стиль, легкий и доступный для всех учащихся, хорошо и полно раскрывается теория. Построение всего курса осуществляется на основе приоритетности функционально-графической линии. Данный учебник отвечает требованиям обязательного минимума содержания образования [6, с. 1].
.2 Основные понятия, связанные с понятиями показательной и логарифмической функций в школьном курсе математики
Функцию вида

где



Основные свойства показательной функции


1)


2)

)возрастает
)непрерывна;
при 0 1 изображен на рисунке 1.

Рисунок 1



График функции



Рисунок 2



Кривую, изображенную на рисунке 1 или 2, называют экспонентой. Впрочем, экспонентой называют и саму показательную функцию







Школьники часто путают термины: \"степенная функция\" и \"показательная функция\". Сравните:





Вообще
математика показательный логарифмический функция

где


где

А такую \"экзотическую\" функцию, как

Основные свойства показательной функции
.Если



.Если






Рисунок 3


.Если



.Если






Рисунок 4


Показательными уравнениями называют уравнения вида


Основные свойства:
.Показательное уравнение




.Показательными неравенствами называют неравенства вида

.Если






Логарифмом положительного числа



Свойства логарифма:
)

)

)



Логарифм по основанию


Функция

График функции



В соответствии с рисунком 5 схематически изображены графики функций




Рисунок 5


Свойства функции


)


) не является ни четной, ни нечетной;
3) возрастает на (0; +


) не ограничена сверху, не ограничена снизу;
) не имеет ни наибольшего, ни наименьшего значений;
) непрерывна;
)

) выпукла вверх.
На рисунке 6 схематически изображены графики функций




Рисунок 6


Свойства функции


)

) не является ни четной, ни нечетной;
) убывает на (0; +

) не ограничена сверху, не ограничена снизу;
) не имеет ни наибольшего, ни наименьшего значений;
) непрерывна;
)

) выпукла вниз.
Отметим, что ось



Свойства логарифмов:
1)

2)

3)

4)


5)


6)


Все свойства формулируются и доказываются только для положительных значений переменных, содержащихся под знаками логарифмов. Логарифмическими уравнениями называются уравнения вида





Логарифмическими неравенствами называются неравенства вида

где

Если








Перейдем к новому основанию логарифма. Если



Если


Если




Дифференцирование показательной и логарифмической функций.
Число


Рассмотрим показательную функцию






Проведем для примера касательную к графику функции



Рисунок 7


Если сделать аккуратные построения и измерения, то можно убедиться в том, что эта касательная образует с осью




Рисунок 8


Здесь угол между касательной и осью х будет больше 48°. А для показательной функции


Рисунок 9


Итак, если основание а показательной функции









на практике обычно полагают, что


Графиком функции




Рисунок 10


Свойства функции

)

) не является ни четной, ни нечетной;
) возрастает;
) не ограничена сверху, ограничена снизу;
) не имеет ни наибольшего, ни наименьшего значений;
) непрерывна;
)

) выпукла вниз.
В курсе математического анализа доказано, что функция



Натуральные логарифмы. Функция

Если основанием логарифма служит число

Мы знаем, что график логарифмической функции








Рисунок 11

Свойства функции

)

) не является ни четной, ни нечетной;
) возрастает на (

) не ограничена ни сверху, ни снизу;
) не имеет ни наибольшего, ни наименьшего значений;
) непрерывна;

) выпукла вверх;
) дифференцируема.
В курсе математического анализа доказано, что для любого значения


Формулы дифференцирования любой показательной и любой логарифмической функции:
)(


)(


1.3 Анализ результатов ЕГЭ 2012-2013 гг.
В 2012 году экзамен по математике сдавали 25133 (без учета выпускников прошлых лет). Не преодолели порог успешности 1168 человек, что составляет 4,6% от общей численности выпускников, это на 0,8% больше чем в прошлом году в нашем крае, что объясняется тем, что в 2012 году произошло увеличение с 4 до 5 минимального числа заданий, которые необходимо верно выполнить для достижения порога успешности. Процент учащихся, изображенный на рисунке 1, в крае не преодолевших порог успешности в 2012 г. на 2,9% меньше чем в среднем по Росси (7,5%). В 2012 году около половины школ края (458 из 952) сдали ЕГЭ по математике без двоек.

Рисунок 1

Самый большой прирост среднего балла в этом году продемонстрировали выпускники Отрадненского района и заняли 4-е место, а еще в 2009 году этот район занимал последнее место в рейтинге территорий края.
Значительно вырос средний бал в Северском и Успенском районах. И не смотря на то, что результаты этого года в данных территориях все ещё ниже среднего по краю, для Северского и Успенского районов налицо положительная динамика результатов работы. Это свидетельствует об организованной системе мер по повышению качества обученности.
В тоже время, не смотря на то, что единая технология подготовки к ЕГЭ департаментом образования и науки совместно с ККИДППО распространялась на весь край, следует отметить территории, которые подготовили своих учащихся к ЕГЭ не качественно.
Сигналом, что в территории есть проблемы с подготовкой к ЕГЭ по математике были результаты краевых диагностических работ (КДР). После детального анализа результатов КДР территориям оказывалась методическая помощь по заказу территории. Однако результаты КДР в Выселковском, Гулькевическом, и Кущевском районах не предвещали низких результатов на ЕГЭ, они были средними или выше среднего по краю. Это свидетельствует либо о не правильной организации проведения работ, либо о фальсификации их результатов.
В 2012 году на ЕГЭ по математике в нашем крае было использовано 18 вариантов, в таблице 1 приведены средние значения процента выполнения каждого задания по исследуемой теме.
Таблица 1

Номер задания | В5 | В7 |
Средний процент выполнения заданий | 84 | 58 |
Миним. | 73 | 53 |
Максим. | 91 | 63 |
Наилучшие результаты по выполнению заданий первой части учащиеся нашего края показали при выполнении задания В5. Хуже всего выпускники 2012 года справились с выполнением заданий В7, это можно увидеть на рисунке 2. При выполнении заданий повышенного и высокого уровне сложности выпускники 2012 года показали лучше результат по заданию С3 и хуже справились с решением задания С5. На рисунке 3 приведен средний балл выполнения заданий 2


Рисунок 2


Рисунок 3

Все варианты КИМ включали задание на тождественное преобразование выражений, содержащих степени и логарифмы (В7). В каждом варианте ЕГЭ-2012 содержалось только одно задание непосредственно на преобразование выражений. При выполнении этого задания учащимся необходимо было применить основное тригонометрическое тождество с учетом знаков тригонометрических функций по четвертям. Средний процент выполнения этого задания оставил 58%. Следует отметить, что в 2011 году с таким же заданием в среднем справилось 55% выпускников края.
При решении других заданий первой части преобразований выражений не требовалось. Однако элементом решения задачи С3 и С5 было преобразование логарифмических, показательных и степенных выражений. В вариантах КИМ-2012 из всех видов уравнений, рассматриваемых в школьном курсе математики, в первой части работы были представлены только логарифмические уравнения (задания В5). Средний процент выполнения этих заданий составил 84,3%. При этом задания \"Найдите корень уравнения


Теперь сравним результаты выполнения заданий В5, В7, С3, С5, приведенные в таблицах 2 и 3.
Таблица 2


Таблица 3

Год | Количество баллов | С3 | С5 |
2012 | 0 | 87 | 96 |
2013 | 85,7 | 92,6 | |
2012 | 1 | 9 | 3 |
2013 | 8,2 | 2,9 | |
2012 | 2 | 1 | 0 |
2013 | 0,7 | 1,6 | |
2012 | 3 | 3 | 0 |
2013 | 5,4 | 0,9 | |
2012 | 4 | 1 | |
2013 | 2 |
Задачи второй части остаются по-прежнему очень сложными для выпускников, о чем свидетельствуют статистические данные. При подготовке учащихся к сдаче ЕГЭ по математике целесообразно познакомить их с опубликованными вариантами работ, критериями оценивания заданий С3 и С5, а так же вести исчерпывающий разбор типичных ошибок, выявлять их природу и происхождение, так как без этого нельзя обеспечить эффективные средства исправления и предупреждения ошибок в будущем.
2. Решение задач с использованием логарифмической и показательной функции в школьном курсе математики
.1 Обзор задач и упражнений на решение показательной логарифмической функций в школьном курсе математики
. Решите уравнения и неравенства:
)

Ответ:

)

Ответ:

3)

Ответ:

4)

Ответ:

. Решите уравнение

Ответ:

. Решите систему уравнений

Ответ:

. Решите неравенство

Ответ:

. Вычислите:
а)

Ответ:

б)

Ответ:

в)

Ответ:

. Найдите наименьшее и наибольшее значения функции на заданном промежутке:
а)

Ответ:


Ответ:

.Постройте график функции

Ответ: смотрите рисунок 1 [1, с. 256].

Рисунок 1- График функций
.Известно, что положительные числа






Ответ:

9.Решите уравнение

Ответ:

.Решите уравнение

Ответ:

.Решите неравенство

Ответ:

.Провести касательную к графику функции


Ответ:

.Вычислить значение производной функции


Ответ:

.Исследовать на экстремум функцию

Ответ:

2.2 Методика решения типовых задач, связанных с показательной и логарифмической функциями, в школьном курсе математики
1.Решите уравнение

Решение. Построив в одной системе координат графики функций




2.Решите уравнение

Решение. Здесь есть возможность и левую и правую части уравнения представить в виде степени с основанием

1)

)

)

4)

Таким образом, заданное уравнение мы преобразовали к виду

Далее получаем:

3.Решите неравенство

Решение. Заданное неравенство равносильно неравенству противоположного смысла

Найдем корни квадратного трехчлена



Значит, неравенство

4.Вычислить

Решение. Пусть



5.Найдите наименьшее и наибольшее значения функции на заданном промежутке

Решение. Функция






6.Вычислите

Решение. Поработаем с показателем степени:

Теперь заданное числовое выражение мы можем записать в виде

Далее находим:

Остается вспомнить, что


7.Решить систему уравнений

Решение. Преобразуем первое уравнение системы к более простому виду:




Преобразуем второе уравнение системы к более простому виду:


Решим полученную систему уравнений

Подставив



Из соотношения


Осталось сделать проверку найденных пар




Ответ: (

8.Решите систему неравенств

Решение.
Неравенство

(

Относительно


(


Значит,


Второе неравенство системы определено при

то есть при







С учетом области допустимых значений переменной получаем решение второго неравенства системы:

Сравним




следовательно,




Ответ:


2.3 Подбор задач на нахождение и использование показательной и логарифмической функций в школьном курсе математики
.Решите неравенства:
а)


б)

.Решите уравнения:
а)

б)

найдите все корни этого уравнения, принадлежащие отрезку

.Найдите корни уравнений:
а)

б)

.Решите системы неравенств:
а)

б)




Подведем некоторые итоги. Можно выделить три основных метода решения примеров и задач:
1)Функционально-графический метод. Он основан на использовании графических иллюстраций или каких-либо свойств функций.
2)Метод уравнивания показателей. Он основан на теореме о том, что уравнение



3)Метод введения новой переменной.
Заключение
В данной курсовой работе по теме \"Логарифмическая и показательная функции\" было рассмотрено введение данного материала в школьный курс алгебры и начала анализа. Логарифмическая и показательная функции часто используются для решения различных задач. В ЕГЭ на исследуемую тему отведено четыре задания, два из которых из первой части и два из второй. Задания бывают смешанного типа, где знание показательной и логарифмической функции поможет решить их. Показательная функция является математической моделью для большого класса процессов в области физики и экономики. Поэтому изучение данной темы играет важную роль в школьном курсе математики для школьников.
Следует отметить, что была изучена научно

)функционально-графический метод;
)метод уравнения показателей;
)метод введения новой переменной.
В процессе исследования:
-Проведен сравнительный анализ теоретических основ изучения показательной и логарифмической функций в школьном курсе математики;
-Проанализирован результаты ЕГЭ 2012-2013 гг. по данной теме;
-Приведены примеры и задачи, способствующие изучению материала темы \" Логарифмическая и показательная функции\".
Подведя итоги можно сказать, что поставленные задачи решены, цель исследования достигнута.
Список использованных источников
1. Мордкович А.Г. Алгебра и начала математического анализа: учебник для учащихся 10



. Колмогоров А.Н., Абрамов А.М., Дудницын Ю.П. Алгебра и начала математического анализа: учебник для 10




. Башмаков М.И. Алгебра и начала математического анализа: учебник для учащихся 10



. Образовательный сайт SLOWO.ws, 2006-2013.
URL: http://slovo.ws/urok/algebra/10/014/001.html (16.03.2014).
. Образовательный сайт NASHOL.COM, 2007-2014.
URL:http://nashol.com/2012061365602/algebra-i-nachala-matematicheskogo-analiza-10-11-klass-kolmogorov-a-n-abramov-u-p-2008.html (17.03.2014).
. Образовательный сайт NASHOL.COM, 2007-2014.
URL:http://nashol.com/20100414357/algebra-i-nachala-analiza-10-11-klassi-uchebnik-mordkovich-a-g-2001.html (17.03.2014).
Краснодарский краевой институт дополнительного профессионального педагогического образования, 2007-2014.
URL: http://kkidppo.ru/metodicheskiy-analiz-ege-2012 (02.04.14).
8. Краснодарский краевой институт дополнительного профессионального педагогического образования, 2007-2014.
URL:http://kkidppo.ru/metodicheskiy-analiz-ege-2013 (02.04.14).
. Образовательный сайт YOUR TUTOR репетитор математики и физики / статья Селиверстова Сергея Валерьевича, 2011-2013.
URL: http://yourtutor.info/решение-систем-неравенств-репетитор
10. Федеральный институт педагогических измерений / Открытый банк заданий ЕГЭ / Математика, 2004-2014.
URL: http://www.fipi.ru/os11/xmodules/qprint/afrms.php?proj= (31.03.14).
11. Федеральный институт педагогических измерений, 2004-2014.
URL: http://www.fipi.ru/view/sections/92/docs/ (31.03.14).
. Столяр А.А. Методы обучения математике: пособие для учителей средней школы, 1966.
. Стефанова Н.Л., Подходова Н.С. Методика и технология обучения математике. Курс лекции: пособие для вузов. - М., 2005.