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1、反正弦函数反 正 弦 函 数教材：上海教育出版社高中一年级第二学期(试验本)第六章第四节授课教师：上海市复旦大学附属中学 教学目标1.理解学习反正弦函数的必要性；理解反正弦函数是函数的反函数而不是正弦函数的反函数；理解反正弦函数的概念，掌握符号的含义，并会用以表示角；2.知道反正弦函数的图像，并能形数结合掌握反正弦函数的性质；3.会用数学思想分析和思考问题。教学重点在教师的引导下，让学生发现为什么要学习反正弦函数、怎样学习反正弦函数。真正理解反正弦函数概念以及反正弦函数符号的本质。教学难点反正弦函数的产生和从本质上处理正弦函数的反函数问题。教学过程一、 回顾复习我们今天学习反正弦函数。三角学起
2、源于测量，天文测量、航海测量都是利用三角形之间的边角关系来测量的。即利用比值与角之间的关系测量得到距离、高度和角度。而在测量的实际计算过程中我们经常会遇到两类相反的问题。一类是已知角值求比值，这是我们学习过的，例如，正弦函数它就是一个角值函数，任意角都有唯一确定的正弦值与之对应，即已知某一个角值都可以通过正弦函数，将其正弦值表示出。例如：，其正弦值可以表示为；，其正弦值表示为。而另一类相反的问题是已知比值求角值，例如：已知角的正弦值为，那么角如何表示呢？（可以表示为；）如果已知角的正弦值是，那么角又如何表示呢？这就产生了怎样用正弦值表示相应角的问题？我们说正弦函数研究的是角值如何确定正弦值，角
3、值是自变量，正弦值是因变量，而现今要解决的是正弦值如何确定相应的角值？所以，我们要反过来，由正弦函数的因变量去确定自变量。即需要我们考虑正弦函数的反函数。二、 引入课题我们学习过反函数，知道反函数的概念，也明确不是任何一个函数都存在反函数。函数要存在反函数必须要求其自变量与因变量是一一对应的。那么正弦函数是否存在反函数呢？（学生作答：答案是否定的。学生说出理由：因为对于任一正弦值都有无数个角值与之对应。正弦函数的自变量与因变量是多对一的。故而不存在反函数。）正弦函数不存在反函数，那么怎样利用正弦函数，由正弦值确定相应的角值呢？通过一个例子来说明问题。关于的式子，可以表示的角有无数多个，为，那么
4、这个结果从何而来？首先你能写出的满足条件的是哪个？，因为，由 ，还可以写出哪些满足条件的，是，为什么？（因为根据三角比的定义具有相同终边的角其对应的三角比值相等）还有其他满足条件的吗？（有！，因为根据诱导公式，所以。）通过这个例子，我们说用正弦值表示相应角值时，只要能表示出一个相应的角值就可以了。根据三角比的定义和诱导公式可以用它将其余的角值表示出。所以正弦函数不存在反函数。但只要选取某一区间使得在该区间上存在反函数。因变量可以确定自变量，正弦值可以表示相应的角值，并且将该区间上的角值用相应的正弦值表示就可以了。那么选取怎样的区间，使得存在反函数呢？依据两个原则：（1）所取区间在该区间上存在反
5、函数；（2）能取到的一切函数值。依据这两个原则选择怎样的区间呢？学生回答、讨论，不断补充完善。（先选择，因为它包含了所有的正锐角和零角，但不符合原则（2），补上，因为取到的一切函数值，并且与是连接在一起的，且关于原点对称，应用方便）所以，选取闭区间，使得在该区间上存在反函数，而这个反函数就是今天要学习的反正弦函数。三、 认识符号1引进符号由于反正弦函数并不是正弦函数的反函数，而是函数，的反函数。用一个记号来表示，引进记号：。选择表示反正弦函数是有道理的。中sin是正弦，arc是什么意思呢？arc并不是“反”的意思，它是英文单词，解释为“圆弧”，圆弧即圆周上的一段，那么圆弧与圆心角有什么关系呢？
6、，在单位圆中，即，所以此时弧即角，角即弧。我们可以将arc理解作角，所以从字面上理解就是正弦值为所对应的角，因此用记反正弦函数是有道理的。 表示正弦值为所对应的角，等号是“是”的意思，所以， 即：正弦值为所对应的角是，是正弦值为所对应的角。因为反正弦函数是函数，的反函数。所以，自变量的取值范围就是原来函数的值域，因变量的取值范围就是原来函数的定义域，因为是，故而，且。2反正弦函数的值我们来看具体的例子：（1）反正弦函数值表示范围内的一个角，并且，这个角就是，即=。（2）反正弦函数值表示范围内的一个角，并且，要想知道这个角可以通过查表或计算器得到结果。而且可以解决前面上课时提出的问题：已知，如何
7、表示？现在我们知道了，可以表示为。（3）式子表示什么？等于多少呢？我说它等于1，对吗？因为中，所以无意义！对于反正弦函数值有如下需要我们注意的： 1) 当时，有意义；2) 表示的角值；3) 。3反正弦函数习惯上，表示自变量，表示因变量，将反正弦函数记作：，四、反正弦函数的性质1、 定义域；2、 值域：3、 奇偶性：奇函数（用定义证明，证明过程略）4、 单调性：增函数5、 最值：，五、反正弦函数的图象可以根据反正弦函数的性质描点得到图像，也可以利用原来函数图像与反函数图像关于直线对称翻折而得到。由学生自己画出图像，从反正弦函数的图像中，形数结合，再让学生直观了解反正弦函数的性质。六、提出问题(结
8、束整节课)今天主要解决的问题是如何用正弦值表示相应的角值以及反正弦函数的概念。现在我们能用任一正弦值表示这个范围内的角值，那么对于其它范围，其它区间上的角值如何去表示呢？例如：中的如何表示呢？大家思考一下，我们将在下节课中共同研究这个问题。教学设计说明1、教材分析我们使用的是上海市二期课改的教材。本教材的特点是：新颖、知识面广、图文并茂、引人入胜。而本章节教材，内容翔实，主次分明。在这个章节上，教材写的言简意赅，给了教师很大的发展空间。针对不同的学生有了更多的不一样的适合学生的设计！反正弦函数是紧接着学习了三角函数之后的内容。反正弦函数作为基本初等函数之一，对后继课程的学习有着重要的作用！特别
9、是在反三角函数中，反正弦函数有着模本的作用。而反正弦函数是反三角函数单元学习的重点和难点。本节课与反函数的基本概念、性质有着紧密的联系，通过对这一节课的学习，既可以让学生掌握反正弦函数的概念，又可使学生加深对反函数概念的理解，而且为学习其它反三角函数奠定了基础，起到承上启下的重要作用。2、教学目标的设计遵循二期课改的“以学生发展文本”的理念，根据本校（上海市示范性高中）学生的特点：个性活泼,思维活跃,学习数学的积极性高，初步具有对数学问题进行合作探究的意识与能力，以及学生的现有数学知识的准备：已掌握三角函数的概念及性质，反函数等，我设计了恰当的教学目标，使学生“学会学习、学会思考”，加强对数学
10、概念的学习和理解。3、教学过程的设计知识是方法的载体，我们不仅要学习数学知识，还需要通过学习发现问题，进而解决问题，本节课直入主题，以问题驱动，引导学生积极思考，共同解决问题，从正弦函数有无反函数到在怎样的区间上有反函数，从对记号的引入到反正弦函数，从反正弦函数的性质到反正弦函数的图像，问题步步深入，在此过程中使学生形成质疑精神，并共同参与其过程，整个教学过程遵循学生的思维过程，引导学生自己发现问题、解决问题，反正弦函数的概念通过多角度的思考，使得学生真正理解和掌握。4、本节课的特点强调过程教学，启发思维，调动学生学习数学的积极性。让学生真正参与其中；对整个“反正弦函数”概念的来龙去脉包括对反
11、正弦函数记号、含义的理解都与学生一起经历，使学生不仅知其然，而且还知其所以然。本节课的密度强，但是是适合我校学生数学学习特点的。棱柱的体积教材 上海教育出版社高中二年级第二学期（试验本）授课教师 上海市延安中学 教学目标（1）理解祖暅原理的含义，理解利用祖暅原理计算几何体体积的方法；（2）在发现祖暅原理的过程中，体会从“平面”到“空间”的类比、猜想、论证的数学思想方法；体会祖暅原理中由“面积都相等”推出“体积相等”的辩证法的思想；（3）在推导棱柱体积公式的过程中，理解从特殊到一般，从一般到特殊的归纳演绎的数学思想方法是学习数学概念的基本方法；掌握棱柱的体积公式，并会利用棱柱的体积公式解决实际问
12、题；（4）通过介绍我国古代数学家和西方数学家对几何体体积研究的成果，激发学生的民族自豪感，提高学生学习数学的兴趣.教学重点祖暅原理和棱柱体积公式的推导.教学难点祖暅原理的含义.教学过程一、实际问题引入，说明研究棱柱体积的必要性：引例：青藏铁路是西部大开发标志性工程，计划投资约262亿元，铁路全长1142公里，是世界上海拔最高，线路最长，穿越冻土里程最长的高原铁路针对不同情况的多年冻土，有不同的解决办法与技术比如埋设热棒或通风管，就是在路堤中埋设直径30厘米左右的金属或混凝土横向通风管，可以有效降低路基温度；也可以采用抛石路基，即用碎块石填筑路基，利用填石路基的通风透气性，隔阻热空气下移，同时吸
13、入冷量，起到保护冻土的作用；在少数极不稳定冻土地段修建低架旱桥，工程效果有保证，但造价高假设在青藏铁路的某段路基需要用碎石铺垫已知路基的形状尺寸如图所示（单位：米），问每修建1千米铁路需要碎石多少立方米？说明：在生产实际中，经常遇到体积的计算问题，如兴修水利、修建道路需要计算土方，修建粮仓、水池需要计算建材数量和容积因此有必要研究几何体的体积计算上例就是一个直四棱柱的体积计算问题提出问题：棱柱的体积如何计算？二、探究棱柱体积公式1从已知到未知，从特殊到一般：首先想到已经学过的正方体、长方体的体积公式，然后探究一般棱柱的体积公式（1）（棱长）；（2）长方体（长，宽，高，底面积）2进一步考虑正方体
14、、长方体的体积公式的来龙去脉：（1）请学生谈谈对体积的理解，并小结：几何体占空间部分的大小叫做它的体积（2） 提问：体积是如何度量的？(类比长度的度量和面积的度量)学生讨论后小结：1）我们在度量长度时，有一个标准，比如说，1米，1厘米等；将一段线段用1厘米来截，看这个线段是1厘米的多少个倍数，就是这个线段有多少厘米5倍就是5厘米，1.5倍就是1.5厘米2）在度量面积时，也有一个标准，比如说1平方米即边长为1米的正方形作为1个单位面积，去度量平面图形的面积因此，我们容易得到正方形的面积等于棱长的平方，长方形的面积等于底乘以高因为任意多边形都可以分割成若干个三角形，三角形可以补成平行四边形，平行四
15、边形可以割补成长方形，所以任意平面多边形的面积都可以度量（直边形）3）在体积中，我们也要先选定一个单位，用来度量体积，然后求出几何体是单位体积的多少倍，多少个倍数就是几何体的体积数值通常把棱长等于单位长度的正方体所占空间的大小作为一个体积单位只要直接把单位正方体尽可能地堆在所量的几何体内，来确定所量几何体的体积的量数因此我们容易得到正方体和长方体的体积公式，但是不容易得到一般棱柱的体积公式（可以先把一般棱柱分割成三棱柱，三棱柱补成平行六面体，平行六面体割补成长方体）4）如何找到长方体的体积和一般棱柱的体积之间的关系？3从平面到空间的类比猜想：（利用几何画板的动态演示）（1）等底等高的长方形和平
16、行四边形的面积有何关系？（2）等底等高的三角形的面积有何关系？（3）等底等高的梯形的面积有何关系？结论：根据面积公式我们可以得到面积均相等初中我们学过的面积公式的推导是因为任意平面多边形（直边形）都可以用割补的方法转化为长方形的面积得到在利用几何画板动态演示的过程中，我们发现，用平行于底边的任意直线截两个平面图形得到的截线长度总相等启发思考：这是否可以成为两个平面图形面积相等的条件呢？继续探究：线是由无穷多个点构成的，面是由无穷多条线构成的，立体是由无穷多个平面构成的因此我们可以得到：夹在两条平行直线之间的两个平面图形，被平行于这两条直线的任意直线所截，如果所得的两条截线长度相等，那么，这两个
17、平面图形的面积相等猜想：类比到两个空间图形体积相等的条件有什么相似的结论呢？用平行于底面的任意平面截两个空间图形得到的截面面积总相等，则这两个空间图形的体积相等 4祖暅原理的引入利用“小试验”验证以上猜想：（1）取一叠裁切相同的纸张堆放在水平桌面上，然后用手推一下以改变其形状启发思考：1) 推斜以后体积变化了吗？（几何体所占空间的大小不变）2) 推斜前后的两个几何体（前为长方体，后为平行六面体）还有什么共同之处？（高度没有改变，每页纸张的顺序和面积也没有改变）3) 这种共同之处是不是就是两个几何体体积相等的条件呢？（2）用一摞不同的书，推移成各种形状，继续探讨结论是否正确（不一定是棱柱）（3）
18、由学生总结归纳出祖暅原理的大致内容5祖暅原理：“夫叠棊成立积，缘幂势既同，则积不容异”（1）内容解释：这里的“幂”是指水平截面的面积，“势”是指高即体积可看成是由面积叠加而成，用一组平行平面截两个空间图形，若在任意等高处的截面面积都对应相等，则两空间图形的体积必然相等还可表达为：夹在两个平行平面间的两个几何体，被平行于这两个平面的任意平面所截，如果截得的两个截面的面积总相等，那么这两个几何体的体积相等（我国古代数学家祖暅在实践的基础上，明确肯定了这一点）（2）由“面积都相等”推出“体积相等”，体会辩证法的思想（3）祖暅原理实际上是一个定理，但证明它需要用到高等数学的相关知识，中学阶段不能证明它
19、只能判定两个几何体是否等积，不能用它具体求出某几何体的体积要想完成求体积的任务，还必须已知一个几何体的体积作为基础（4）几何画板动态演示任意一个平面截两个几何体所得截面的各种位置6 利用祖暅原理推导棱柱体积公式：（1）利用祖暅原理推导棱柱体积，需要构造一个几何体，此几何体必须符合两个条件：它的计算公式是已知的；它符合祖暅原理的条件，即该几何体与棱柱能夹在两个平行平面之间，且用平行于这两个平面的任意一个平面去截它们时，截得的截面面积总相等（2）方法：如果一个棱柱与一个长方体的高相同（都为）且底面面积相等（都为），那么当我们用一个与底面平行的平面去截它们时，可以证明截面的面积都等于各自底面的面积，
20、根据祖暅原理可知，棱柱的体积与长方体的体积相等，即，其中表示棱柱的体积，表示棱柱底面的面积，表示棱柱的高7 介绍祖冲之父子及我国古代数学家和西方数学家对几何体体积的研究：中国古代数学，在魏晋南北朝达到新的高峰这一时期的代表人物是刘徽（公元263年左右）、祖冲之（429500）和他的儿子祖暅刘徽为九章算术作注，祖冲之父子在此基础上撰写了缀术等著作祖冲之精确地计算圆周率，提出约率和密率，是世界数学史上的重大成就他们三人还先后研究并最终给出了球的体积公式在这过程中，他们利用了“夫叠棊成立积，缘幂势既同，则积不容异”的原理，唐朝的李淳风在为九章算术作注时称求球体体积公式的方法是“祖暅之开立园术”，祖暅
21、之即祖暅，因此我国称之为祖暅原理意大利数学家卡瓦列里1635年提出了相同的原理，西方称之为卡瓦列里原理，为微积分学创立作了准备8祖暅原理的简单应用：（1） 底面积和高都相等的圆柱和长方体的体积相等吗？（2） 底面积和高都相等的斜六棱柱和三棱锥的体积相等吗？三、巩固与应用1引例的解答：这是一个底面是梯形的直四棱柱的体积问题2例2已知三棱柱的底面为直角三角形，两直角边和的长分别为和，侧棱的长为，求满足下列条件的三棱柱的体积：（1） 侧棱垂直于底面；（2） 侧棱与底面所成的角为解：（1）因为侧棱底面，所以三棱柱的高等于侧棱的长，而底面三角形的面积，于是三棱柱的体积（2）如图所示，过作平面的垂线，垂足
22、为，于是为三棱柱的高因为侧棱与底面所成的角为，所以,可计算得又由（1）可知底面三角形的面积，故三棱柱的体积3 例3一个造桥用的钢筋混凝土预制件的尺寸如图所示（单位：米），浇制一个这样的预制件需要多少立方米混凝土？（钢筋体积略去不计，精确到立方米）解：将预制件看成由一个长方体挖去一个底面为等腰梯形的直四棱柱（平方米），（立方米）答：略说明：在实际问题中，可能需要将几何体割、补成棱柱，然后计算其体积，本题意在提高学生这方面的能力四、课堂小结：1学生小结：2老师小结：（1）本节课的主要内容有两个：一是棱柱体积公式的推导所采用的方法是利用祖暅原理，根据长方体的体积公式推导出棱柱的体积公式应用祖暅原理可
23、以根据已知几何体的体积求未知几何体的体积，这是一种求体积的办法，但要注意是否满足祖暅原理的条件二是应用棱柱体积公式解决实际问题在具体问题中要结合直观图，认真分析棱柱的底面积和高从而得到体积（2）本节课的数学思想方法主要体现在：由特殊棱柱长方体的体积推导一般棱柱的体积，再根据一般棱柱的体积公式去解决具体问题中的特殊棱柱的体积，这种从特殊到一般，再从一般到特殊的归纳演绎的数学思想方法常常是学习数学概念的方法从两个平面图形面积相等的条件类比猜想到两个空间图形体积相等的条件，然后在实践中理解论证，这种归纳、猜想、论证的数学思想方法经常用在发现数学原理和规律的过程中在祖暅原理的理解中，体会由“截线都相等
24、”推出“面积相等”，由“面积都相等”推出“体积相等”的辩证法的思想，实际上就是微积分的思想（3）若用割补的办法把一般棱柱转化为长方体也是可以的，但是由于课堂时间有限，留给同学们课后研究教学设计说明体积的计算在现实中大量存在，学生对它们已有一定的感性认识本节课用一个需要利用棱柱体积公式才能解决的实际问题引入，说明研究棱柱体积公式的必要性这个实例是学生熟知的青藏铁路的冻土解决方案，具有很强的现实意义，本节课的重点是棱柱体积公式的推导首先启发学生思考体积是如何度量的从长度的度量、面积的度量都是必须先找一个度量单位，类比得出体积的度量也是必须先找一个度量单位即单位正方体所占空间的大小然后得到正方体和长
25、方体的体积公式，但是一般棱柱体积的公式不容易得到通过几何画板的动态演示，把平面上等底等高的平行四边形面积相等、等底等高的三角形面积相等的本质揭示出来，即若用平行于底边的任意直线截两个平面图形得到的截线长度总相等，则两个平面图形面积相等然后由学生从平面到空间类比猜想得出祖暅原理的基本内容，并且利用实物道具的“小试验”验证猜想首先讨论推斜前后的两叠裁切相同的纸的体积是否相等，主要把握整叠纸张的大小、顺序和厚度不变三个共同特点在祖暅原理内容的理解中，使学生体会从“面积都相等”得到“体积相等”的辩证法的思想然后，把“小试验”中的裁切相同的纸换成一摞不同的书，让学生继续讨论这摞书经过推斜后是否体积相等，
26、从棱柱到非棱柱，进一步理解祖暅原理的含义因为祖暅原理的发现是从实践中得来的，因此设置一些从简单到复杂，从特殊到一般的“小试验”，让学生观察试验、发现规律、总结规律通过设置试验和启发引导，呈现原理的发现过程用几何画板动态演示“任意一个平面截两个几何体所得截面的各种位置”，帮助学生理解祖暅原理中的“任意”和“总相等”，有效地突破教学难点最后说明祖暅原理实际上是一个定理，但证明它需要用到高等数学的相关知识，中学阶段不能证明它只能判定两个几何体是否体积相等，不能用它具体求出某几何体的体积要想完成求体积的任务，还必须已知一个几何体的体积作为基础接下来，学生利用长方体的体积公式和祖暅原理很容易就可以推导出棱柱体积公式这个过程体现了从已知到未知、从特殊到一般的学习数学概念的基本方法最后，通过介绍祖冲之父子及我国古代数学家和西方数学家对几何体体积的研究，揭示数学发展过程，体现数学的人文精神，激发学生学习数学的热情巩固和应用中的例题的选取尽量体现在实际生活中的运用，以激发学生学习的兴趣，增强数学的应用意识.14