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说明以规律为基础的结论的适用范围

一条对你试过的每个情形都成立的规则,感觉已经完成了,但最后的分数往往取决于你措辞的严谨程度。

本页内容
  1. 结论有哪三个层次?
  2. 一步一步说明适用范围
  3. 例题
  4. 要留意的错误
  5. 自我检测
  6. 接下来学什么

要说明结论的适用范围,就是写明你检验了哪些情形、规则是否已被证明、它声称适用于哪些值,并且不作超出这些的声称。措辞精确,才能把你发现的规律变成别人可以信赖的数学陈述。

这是International Mathematics 探究题路线的最后一步。它接在用代数解释规则之后,并与反例检验相呼应。

结论有哪三个层次?

你的声称有多强,取决于你的证据。有三个层次值得区分。

层次你做了什么如何表述
观察核对了一些情形“规则对 n = 1 到 5 吻合。”
猜想还用新情形检验过“我猜想规则对 n ≥ 1 成立。”
已证明用代数或完整论证“对每个 n ≥ 1 都成立。”

只有最后一个层次才可以用“总是”或“对所有”。前两个层次需要用“猜想”“似乎”或写明范围。

一步一步说明适用范围

  1. 列出你检验过的情形, 例如 n = 1 到 6。
  2. 说明规则是否已证明 以及如何证明,或说明它是猜想。
  3. 写明定义域: 规则声称适用的 n 的取值。
  4. 检查边界, 通常是最小的情形,并指出任何例外。
  5. 把超出证据的预测 标明为预测。
  6. 记下情境中的条件, 例如点处于一般位置,或有实际的上限。

例题

在圆上标出若干点,并把每两点用一条直弦连起来。这些弦把圆分成若干区域。

点的位置使得没有三条弦交于同一点。设 n 个点时的区域数为 R。

第 1 步,表格:

n123456
R12481631

第 2 步,观察: n = 1 到 5 时,数值每次翻倍,与 R = 2n−1 吻合。n = 6 时,这条规则预测为 32。

第 3 步,与证据对照: 仔细数 n = 6,结果是 31,不是 32。所以 R = 2n−1 在 n = 6 时失败。按反例的思路,这个猜想是错误的。

第 4 步,诚实的结论: “R = 2n−1 只对 n = 1 到 5 吻合。它对 n = 6 不成立,所以它不是区域数的一般规则。”

对你自己的探究题的启示:五个吻合的情形并不够。关于“没有三条弦交于一点”的条件也很重要,因为六个点的某些排列会得到更少的区域,所以这个声称针对的是处于一般位置的点。

要留意的错误

常见的失误,是写出超出证据的结论。

错误的结论: “区域数总是 2n−1,n = 1 到 5 已经说明了这一点。”

“总是”从未被证明,而且 n = 6 推翻了它。

纠正的方法,是让措辞与证据相符。对只与情形吻合的规则,写“对 n = 1 到 5 似乎成立”。对有证明的规则,写“对所有 n ≥ 1 成立,因为……”并给出理由。

自我检测

1. 一个 n × n 的正方形由小瓷砖拼成,只有边框上的瓷砖涂了色。n = 2 到 6 时的数量是 4、8、12、16、20。一名学生写出 4n − 4。已知 n = 1 时只有一块瓷砖,这名学生应该写明什么范围?

查看答案

n = 1 时规则给出 4 − 4 = 0,但那一块瓷砖就是边框瓷砖,所以实际数量是 1。这条规则只在 n ≥ 2 时有效。

n = 10 时给出 36,与 100 − 64 = 36 吻合(总瓷砖数减去内部 8 × 8 的正方形)。

2. 一名学生对 n = 1、2、3、4 检验了一条规则,然后写下“所以对所有 n 都成立”。请把这个结论改写得诚实一些。

查看答案

例如:“规则对 n = 1 到 4 吻合。我猜想它对所有 n ≥ 1 成立,但尚未证明。”这样写明了证据、声称和状态。

3. 前 n 个奇数之和在 n = 1 到 5 时与 n² 吻合。用它预测 n = 30 时的和,并说明这个预测有多可靠。

查看答案

预测值是 30² = 900。

单凭规律,它只是预测。如果你证明了这条规则,它就变得确定,例如用等差数列求和:n/2 × (1 + (2n − 1)) = n²。

接下来学什么

把这五个步骤一起用在探究题练习中。如果你想记录自己忘记写明的范围,错误记录与重测队列是个有用的伙伴,免计算器步骤训练器则支持快速核对数值。

老师可以阅读你写的结论,并指出措辞在哪里说得太多或太少。这样的反馈是线上一对一数学补习的一部分。

常见问题

说明结论的适用范围是什么意思?

意思是说清楚规则对哪些值已经检验或证明过,而不多作声称。例如“对 n = 1 到 6 吻合,对所有 n ≥ 1 已证明”就是清楚的范围。没有依据就写“永远成立”,则是夸大。

根据规律作出的预测和证明一样吗?

不一样。预测是用猜想推断新的值会出现什么结果,它有用,但仍可能出错。只有当规则已被证明(例如用代数),或情境本身使规则确定时,你才能说它可靠。

规则在很小的值上给出错误答案,也要写出来吗?

要。真实的探究题常有一个不遵循一般规则的起始情形。写上“对 n ≥ 2 有效”,表示你检查过边界。阅卷者通常会奖励注明公式在哪里不再适用的答案。

更新于:

下一步

如果你知道规则,却在结论的表述上丢分,一对一的老师可以检查你的书面答案,并和你一起把措辞打磨得更精确。

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