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高中数学集合的概念是什么(高一数学为什么突然引入集合的概念?)

100次浏览     发布时间:2024-11-11 09:52:35    

说它陌生,是因为根据学习初中数学的经验,高中的数学课程应该在初中知识的基础上继续深点而已,哪想到高中数学一开始就另起炉灶,根本不是顺着初中数学知识下来,而是先莫名其妙地给出了一系列的新的概念,这些概念似乎和初中数学毫无联系,而且新的概念似乎也没有什么明确的用途。这就让人很迷惑,为啥会一上来就学这种突兀的集合概念呢?


这就得从对数学知识体系的学习安排顺序讲起。

咱们国家执行的是九年义务教育,也就是甭管你愿不愿意,只要是适龄儿童,接受九年义务教育那是必不可少的,在这九年里,要学习的内容,首先是数的各种计算,目的是和日常生活结合起来,培养基本的计算技能;然后是平面图形的学习,这个是初中数学知识学习的重头戏,差不多平面几何的所有知识都集中在初中学完了,目的也很明确——培养逻辑思维能力;抽象化的知识简单的开了一个头而已,也就是几个简单的函数。

这里的“抽象”两个字,其实就是不管具体物件,只管物件数量之间的关系。

比如说,人类能从一个苹果,两根香蕉,三只羊这种具体的物件,逐渐抽象出1、2、3这种数字,就是人类思维很伟大的进步了,因为它完成了第一次艰难的抽象工作,也就是说,现在的1、2、3不仅可以指代我们能看到的具体的苹果和香蕉,也可以指代很远很远山那边生长的几棵歪脖子枣树,同样也可以指代床底下趴着的几只老鼠等等。

千万别小看这种把数字和具体物件分离的抽象过程,对受过教育的成人来说,这似乎很简单,但对一个学龄前的娃来说,离开了具体的物体,他们很难理解数字的概念。

举一个简单的例子:差不多任何一个孩子都知道一个葡萄加上三个葡萄是四个葡萄,但如果离开葡萄这种具体的物体,你问他们1+3等于多少,对他们来说就很困难,因为这种思维没着没落,不知道该从何下手。


这种第一次抽象过程只是把具体的物体本身和数字分开,虽然很伟大,现在看来对我们的日常生活来说也足够用了,但是,到了初三,开始学到了一次函数,二次函数还有反比例函数。函数这些东西,和其他知识不一样,它是二次抽象的结果。

大家也许会发现,对于这些函数,如果没有图像辅助的话,那些数学表达式其实也不太好理解。


因为函数这个家伙其实是经过人脑二次抽象之后的东西,它再次抛弃了我们刚刚变得熟悉的具体数字,引入了变量的概念。

第一次抽象是抛弃具体物体,只研究数之间的关系,从此各种计算规则、技巧、定理等研究工具慢慢发展完善起来。

现在的第二次抽象更离谱,又引入了变量。

这个变量从哪儿来?取值有没有限制?它怎么影响函数值的变化,函数值又会处于一个什么范围等等一系列问题,都需要理清楚, 但要理清楚这些问题,初中里能用的工具却非常的少,很多的东西没有办法精准的描述。

举个例子:我们都熟悉函数y=x+1这种函数,初中称为一次函数,在高中解析集合部分称为一条直线。

见到这个函数,我们内心毫无波澜,因为我们知道,不管x取什么值,反正y的取值总是比它大1就可以了。但对于变量x的值如何取,范围有多大?哪些能取哪些不能取,以及由此引起的y的取值发生的变化,都没办法做精准的描述,

虽然我们可以说取x>2的值,但取整数还是取小数?取到多大的数为止?也都没有明确的界定。

也就是说,对变量的取值范围没有明确的分类界定。 因为这时候缺乏有效的、可用的、精确的分类工具。

所以,要想深入透彻的研究函数,就必须对自变量的取值做些分类,此时,集合的概念应运而生。

总结一下:初中知识体系和高中知识体系本质是上脱节的。初中以前的知识,大都是局限在人类思维第一次抽象的层次之上,研究它们的工具简单而且丰富,但到了高中,学习的知识大都在二次抽象的层次之上,相应的,研究工具也必须升级才行。

集合就是这时候最基础的研究工具。它能把我们的研究对象按照属性分类,从而使我们集中精力于研究对象之上。

集合其实就是一个筐,让我们把具有共同属性的一类个体放在一起,这个筐就被我们定义为集合,而放入这个筐的个体我们称为元素。

比如我们可以把所有的自然数放入一个筐,那这个筐就可以这样表示:

N={0、1、2、3、…….}也就是把所有我们知道的自然数都罗列在一起,用大括号括起来就行,这就表示了这样一个自然数的集合,这个集合称为N。

这些筐里的数字就称为这个集合的元素,这些元素和这个集合的关系就是属于不属于的关系。

比如说

但是,-2这个数就不属于这个集合,也就是


我们也可以用另一种方法来表示自然数的集合:



它表示这个集合里的元素是x,x可以在自然数里任意取值。

又比如另一个集合里的变量是a,它的取值在实数2和3之间,两头不能取。我们就可以用简便的方式把a的取值范围表达出来

这种表示方法称为集合的区间表示。

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