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加法运算和减法运算性质的证明
虽然话题8中的五个公理超出了数学的范畴但也可以理解这五个公理就是针对数学述说的。如果把公理中的"等于"扩充到"大于等于",并且用数学的语言"等式"和"不等式"表示,就可以把其中的前三个公理合并写成下面两个数学命题:
命题1. 等式(不等式)关系具有传递性。
命题2. 等式(不等式)两边加减相同的量,等式(不等式)不变。
可以看到,上面这两个命题对于数学是最为基本的、是非常重要的。虽然让小学生完全理解这两个命题是困难的,但教师在教学活动中应当很好把握这两个基本命题,让小学生通过具体的实例感悟这些命题的内涵,而不是单纯地记忆命题的语言表述。事实上,从这两个命题出发,可以论证小学数学中许多常识性的、概念性的东西。
加上一个正数比原来的数大。如果用数学符号表示那么这个命题是说对于任意的数a和正数b必然有a +
b a。这个命题的证明过程如下因为b为正数因此b
0在这个不等式两边分别加上一个数a根据上述命题2可以得到
a + b a
因此结论成立。利用类似的方法可以证明与这个结果对称命题:加上一个负数比原来的数小。下面我们来证明两个稍微复杂一些的问题,证明方法是相似的。
减去一个正数等于加上这个正数的相反数。如果这个命题成立,因为正数的相反数是一个负数,因此通过上面的结论知道:减去一个正数比原来的数小。
现在证明这个命题。用数学符号表示这个命题a - b = a + (-b)其中b
0。回忆问题10关于"减法是加法逆运算"的定义:
a - b = x ←→ a = b + x。
根据命题2在上面右边等式的两边分别加上-b等式不变a + (-b) = b +
(-b) + x。根据相反数的定义可以得到a + (-b) =
x。于是根据命题1和上面左边等式知道命题成立。
减去一个负数等于加上这个负数的相反数。如果这个命题成立,因为负数的相反数是一个正数,因此通过这个命题知道:减去一个负数等于加上一个正数。这样,利用已经证明了的结论可以知道:减去一个负数比原来的数大。
现在证明这个命题。用数学符号来表示这个命题a - (-b) = a + b。首先令x =
a + b。在这个等式分别两边加上b的相反数-b由命题2可以得到
x + (-b) = a + b + (-b)
= a。
然后,在上面等式的两边同时减去(-b)再由命题2知道等式不变即可以得到
x + (-b) -- (-b) = a -- (-b)。
因为同样的数相减为0因此上式意味着x = a -- (-b)。又因为假设x = a +
b所以根据命题1有a - (-b) = a + b这就证明了命题。
上面加重的命题都是加减法运算中最重要的概念,记住这些命题对于学生掌握计算方法、特别是判断运算结果是非常有用的,因此,在教学过程中应当让学生知道这些命题。再一次强调的是,虽然让学生完全理解这些命题的证明过程是困难的,但在教学过程中,还是应当通过一些实际的例子、或者具体的例子让学生感悟其中的道理,而不是让学生单纯的背诵记忆。特别是,如果能够设计出好的教学方案,一定能够成为"帮助学生积累数学思维经验"的有效载体。