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    2021学年1.3 算法与案例多媒体教学ppt课件

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    这是一份2021学年1.3 算法与案例多媒体教学ppt课件,文件包含13第1课时ppt、13第1课时doc等2份课件配套教学资源,其中PPT共45页, 欢迎下载使用。

    第1课时 辗转相除法与更相减损术、秦九韶算法
    在小学,我们已经学过求最大公约数的知识,你能求出18与30的最大公约数吗?先用两个数公有的质因数连续去除,一直除到所得的商是互质数为止,然后把所有的除数连乘起来.∴18和30的最大公约数是2×3=6.如果公约数比较大而且根据我们的观察又不能得到一些公约数,我们又应该怎样求它们的最大公约数?比如求8 251与6 105的最大公约数?
    1.辗转相除法(1)辗转相除法是用于求__________________________的一种算法,这种算法是由欧几里得在公元前300年左右首先提出的,因而又叫________________.(2)所谓辗转相除法,就是对于给定的两个数,用____________除以____________.若余数不为零,则将__________________构成新的一对数,继续上面的除法,直到大数被小数除尽,则这时____________就是原来两个数的最大公约数.
    两个正整数的最大公约数 
    (3)算法步骤:第一步,给定两个正整数m,n.第二步,计算m除以n所得的余数r.第三步,m=n,n=r.第四步,若r=______,则m,n的最大公约数等于m;否则,返回第______步.(4)程序框图.
    2.更相减损术(1)更相减损术是我国古代数学专著________________中介绍的一种求两数最大公约数的方法.(2)更相减损术的基本过程是:第一步,任意给定两个正整数,判断它们是否都是偶数.若是,用______约简;若不是,执行第二步.第二步,以较大的数________较小的数,接着把所得的差与较小的数比较,并以大数减小数,继续这个操作,直到所得的数________为止,则这个数或这个数与约简的数的________就是所求的最大公约数.
    3.秦九韶算法(1)概念:求多项式f(x)=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0的值时,常用秦九韶算法,这种算法的运算次数较少,是多项式求值比较先进的算法,其实质是转化为求n个________多项式的值,共进行______次乘法运算和______次加法运算.其过程是:改写多项式为:f(x)=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0=(anxn-1+an-1xn-2+…+a1)x+a0=((anxn-2+an-1xn-3+…+a2)x+a1)x+a0=…=(…((anx+an-1)x+an-2)x+…+a1)x+a0.
    设v1=______________,v2=v1x+an-2,v3=v2x+an-3,…,vn=_________________.
    (2)算法步骤:第一步,输入多项式的次数n、最高次项的系数an和x的值.第二步,将v的值初始化为an,将i的值初始化为n-1.第三步,输入i次项的系数ai.第四步,v=vx+ai,i=__________.第五步,判断i是否大于或等于______.若是,则返回第三步;否则,输出多项式的值______.
    (3)程序框图如图所示.
    1.辗转相除法可解决的问题是(  )A.求两个正整数的最大公约数B.多项式求值C.求两个正整数的最小公倍数D.排序问题[解析] 辗转相除法可以求两个正整数的最大公约数.
    2.在对16和12求最大公约数时,整个操作如下:(16,12)→(4,12)→ (4,8)→(4,4),由此可以看出16和12的最大公约数是(  )A.4       B.12C.16  D.8[解析] 按更相减损术求最大公约数,到最后(4,4)相等,故最大公约数为4.
    3.用更相减损术求225与30的最大公约数时,需要做减法运算的次数是(  )A.9     B.8C.7      D.6[解析] 225-30=195,195-30=165,165-30=135,135-30=105,105-30=75,75-30=45,45-30=15,30-15=15,故225与30的最大公约数是15,需要做8次减法运算.
    4.用秦九韶算法计算f(x)=6x5-4x4+x3-2x2-9x,需要加法(或减法)与乘法运算的次数分别为(  )A.5,4  B.5,5C.4,4  D.4,5[解析] n次多项式,当最高次项的系数不为1时,需进行n次乘法;若各项均不为0,则需进行n次加法(或减法),缺一项就减少一次加法(或减法)运算,而这个5次多项式的5次系数不为1,缺常数项,因而乘法次数为5,加法(或减法)次数为5-1=4.故选D.
    5.245与75两数的最小公倍数为______________.[解析] 先求245与75的最大公约数.(245,75)→(170,75)→(95,75)→ (20,75)→(55,20)→(35,20)→(15,20)→(5,15)→(10,5)→(5,5).故245与75的最大公约数为5,∴245与75的最小公倍数为245×75÷5=3 675.
    6.分别用辗转相除法和更相减损术求357和105的最大公约数,并求最小公倍数.[解析] 辗转相除法:357=105×3+42,105=42×2+21,42=21×2.故105与357的最大公约数为21.
    更相减损术:357-105=252,252-105=147,147-105=42,105-42=63,63-42=21,42-21=21.故105与357的最大公约数为21.最小公倍数为105×357÷21=1 785.
    用辗转相除法求80和36的最大公约数,并用更相减损术检验所得结果.[思路分析] 1.辗转相除法与更相减损术的主要区别是什么?2.将80作为大数,36作为小数,执行辗转相除法和更相减损术的步骤即可.
    命题方向1 ⇨辗转相除法和更相减损术的应用
    [解析] 用辗转相除法:80=36×2+8,36=8×4+4,8=4×2+0.故80和36的最大公约数是4.
    用更相减损术检验:80-36=44,44-36=8,36-8=28,28-8=20,20-8=12,12-8=4,8-4=4.故80和36的最大公约数是4.
    『规律总结』 1.利用辗转相除法求给定的两个数的最大公约数,即利用带余除法,用较大的数除以较小的数,若余数不为零,则将余数和较小的数构成新的数对,再利用带余除法,直到大数被小数除尽,则这时的较小数就是原来两个数的最大公约数.2.利用更相减损术求两个正整数的最大公约数的一般步骤是:首先判断两个正整数是否都是偶数.若是,用2约简.也可以不除以2,直接求最大公约数,这样不影响最后结果.3.当两个整数的差较大时,利用辗转相除法计算的次数较少.
    〔跟踪练习1〕 (1)用辗转相除法求288与123的最大公约数.(2)用更相减损术求57与93的最大公约数.[解析] (1)288=123×2+42,123=42×2+39,42=39×1+3,39=3×13,∴288和123的最大公约数是3.(2)(93,57)―→(36,57)―→(36,21)―→(15,21)―→(15,6)―→(9,6)―→(3,6)―→(3,3),∴93与57的最大公约数是3.
    用秦九韶算法求多项式f(x)=8x7+5x6+3x4+2x+1在x=2时的值.[思路分析] 利用秦九韶算法一步一步地代入运算,注意本题中有某几次项不存在;在计算时,应将这些项加上,比如缺少x3这一项,可看作0·x3加上.
    命题方向2 ⇨秦九韶算法的应用
    [解析] f(x)=((((((8x+5)x+0)x+3)x+0)x+0)x+2)x+1,依次用公式计算当x=2时的值:v0=8,v1=8×2+5=21,v2=21×2+0=42,v3=42×2+3=87,v4=87×2+0=174,v5=174×2+0=348,v6=348×2+2=698,v7=698×2+1=1 397,故当x=2时,多项式的值为1 397.
    『规律总结』 (1)算法一方面具有具体化、程序化、机械化的特点,同时又有高度抽象性、概括性和精确性.对于一个具体算法而言,从算法分析到算法语言的实现,任何一个疏漏或错误都将导致算法的失败.算法是思维的条理化、逻辑化.(2)算法既重视“算则”,更重视“算理”.对于算法而言,一步一步地程序化步骤,即“算则”固然重要,但这些步骤的依据,即“算理”有着更基本的作用,“算理”是“算则”的基础,“算则”是“算理”的表现.(3)用秦九韶算法时要正确将多项式的形式进行改写,然后由内向外依次计算.当多项式函数中间出现空项时,要以系数为零的齐次项补充.
    〔跟踪练习2〕 用秦九韶算法求多项式f(x)=x5+5x4+10x3+10x2+5x+1当x=-2时的值.[解析] f(x)=x5+5x4+10x3+10x2+5x+1=((((x+5)x+10)x+10)x+5)x+1,而x=-2,所以有v0=1,v1=v0x+a4=1×(-2)+5=3,v2=v1x+a3=3×(-2)+10=4,v3=v2x+a2=4×(-2)+10=2,v4=v3x+a1=2×(-2)+5=1,v5=v4x+a0=1×(-2)+1=-1.故f(-2)=-1.
    求325,130,270三个数的最大公约数.[思路分析] 求三个数的最大公约数,可先求两个数的最大公约数,再求这个最大公约数与第三个数的最大公约数.[解析] 解法一(辗转相除法):因为325=130×2+65,130=65×2,所以325和130的最大公约数为65.因为270=65×4+10,65=10×6+5,10=5×2,所以65和270的最大公约数为5,故325,130,270三个数的最大公约数为5.
    命题方向3 ⇨求三个正整数的最大公约数
    解法二(更相减损术):325-130=195,195-130=65,130-65=65.所以325和130的最大公约数是65.270-65=205,205-65=140,140-65=75,75-65=10,65-10=55,55-10=45,45-10=35,35-10=25,25-10=15,15-10=5,10-5=5.所以270与65的最大公约数为5.所以325,130,270的最大公约数为5.
    『规律总结』 理解辗转相除法的实质,从计算结果上看,辗转相除法是以相除余数为零而得到结果的.
    〔跟踪练习3 求三个数175,100,75的最大公约数.[解析] 先求175与100的最大公约数:175=100×1+75,100=75×1+25,75=25×3,∴175与100的最大公约数是25.再求25与75的最大公约数:75-25=50,50-25=25,∴75和25的最大公约数是25.∴175,100,75的最大公约数是25.
    已知:f(x)=x5+x3+x2+x+1,用秦九韶算法求f(3)的值.[错解] 因为f(x)=(((x+1)x+1)x+1)x+1,所以当x=3时,v0=1,v1=3+1=4,v2=4×3+1=13,v3=13×3+1=40,v4=40×3+1=120+1=121,所以当x=3时,f(3)=121.
    [辨析] 当多项式中间出现空项时,用秦九韶算法求函数值要补上系数为0的相应项,忽略了这一点,导致结果出现错误.[正解] 原多项式可化为:f(x)=((((x+0)x+1)x+1)x+1)x+1,当x=3时,v0=1,v1=1×3+0=3,v2=3×3+1=10,v3=10×3+1=31,v4=31×3+1=94,v5=94×3+1=283,所以,当x=3时, f(3)=283.
    通过算法案例的学习,知道算法的核心是一般意义上的解决问题的策略的具体化.对于一个实际问题,我们在分析、思考后可将之转化为数学问题,从而获得解决它的基本思路.
    算法案例在实际生活中的应用
    现有长度为2.4 m和5.6 m两种规格的钢筋若干,要焊接一批棱上无接点的正方体模型,问怎样设计才能保证正方体的体积最大且不浪费材料?[思路分析] 要焊接正方体,就是将两种规格的钢筋截成长度相等的钢筋条.为了保证不浪费材料,应使得每种规格的钢筋截取后没有剩余,因此截取的长度应为2.4与5.6的公约数;为使得正方体的体积最大,因此截取的长度应为2.4与5.6的最大公约数.
    [解析] 用更相减损术来求2.4与5.6的最大公约数:5.6-2.4=3.2,3.2-2.4=0.8,2.4-0.8=1.6,1.6-0.8=0.8,因此2.4与5.6的最大公约数为0.8.所以使得正方体的棱长为0.8 m时,正方体的体积最大且不浪费材料.
    1.用辗转相除法求36与134的最大公约数,第二步是(  )A.134-36=98B.134=36×3+26C.先除以2,得到18与67D.36=26×1+10[解析] 求36与134的最大公约数,第一步是134=36×3+26,第二步是36=26×1+10,故选D.
    2.用更相减损术求123与51的最大公约数时,需做减法的次数是(  )A.3B.5C.6D.8[解析] (123,51)→(72,51)→(21,51)→(21,30)→(21,9)→(12,9)→(3,9)→(3,6) →(3,3)所以共做了8次减法.
    3.已知f(x)=x5+2x3+3x2+x+1,应用秦九韶算法计算x=3时的值时,v3的值为(  )A.27B.11C.109D.36[解析] 将函数式化成如下形式:f(x)=((((x+0)x+2)x+3)x+1)x+1,由内向外依次计算:v0=1,v1=1×3+0=3,v2=3×3+2=11,v3=11×3+3=36.
    4.用辗转相除法求得数98与63的最大公约数是______.[解析] 98=63×1+35,63=35×1+28,35=28×1+7,28=4×7+0,∴最大公约数为7.
    5.已知f(x)=3x4+2x2+4x+2,利用秦九韶算法求f(-2)的值.[解析] f(x)=3x4+0·x3+2x2+4x+2=(((3x+0)x+2)x+4)x+2,v0=3,v1=3×(-2)+0=-6;v2=-6×(-2)+2=14;v3=14×(-2)+4=-24;v4=-24×(-2)+2=50.故f(-2)=50.
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