Изучение функций в школьном курсе математики VII-VIII классов
которых очень сложно или даже невозможно
ограничиться одним лишь аналитическим аппаратом. Последний стал тормозить
требуемое математикой и естествознанием расширение понятия функции.
В 1834 г. в работе “Об исчезании тригонометрических строк” Н. И.
Лобачевский, развивая вышеупомянутое эйлеровское определение функции в 1755
г., писал: “Общее понятие требует, чтобы функцией от х называть число,
которое дается для каждого х и вместе с х постепенно изменяется. Значение
функции может быть дано или аналитическим выражением, или условием, которое
подает средство испытывать все числа и выбирать одно из них; или, наконец,
зависимость может существовать и оставаться неизвестной... Обширный взгляд
теории допускает существование зависимости только в том смысле, чтобы
числа, одни с другими в связи, принимать как бы данными вместе”.
Еще до Лобачевского аналогичная точка зрения на понятие функции
была высказана чешским математиком Б. Больцано. В 1837 г. немецкий
математик П. Лежен-Дирихле так сформулировал общее определение понятия
функции: “у есть функция переменной х (на отрезке a ( х ( b), если каждому
значению х (на этом отрезке) соответствует совершенно определенное значение
у, причем безразлично, каким образом установлено это соответствие (
аналитической формулой, графиком, таблицей либо даже просто словами”.
Таким образом, примерно в середине XIX в. после длительной борьбы
мнений понятие функции освободилось от уз аналитического выражения, от
единовластия математической формулы. Главный упор в новом общем определении
понятия функции делается на идею соответствия.
Во второй половине XIX в. после создания теории множеств в понятие
функции, помимо идеи соответствия, была включена и идея множества. Таким
образом, в полном своем объеме общее определение понятия функции
формулируется следующим образом: если каждому элементу х множества А
поставлен в соответствие некоторый определенный элемент у множества В, то
говорят, что на множестве А задана функция у = f (х), или что множество А
отображено на множество В. В первом случае элементы х множества А называют
значениями аргумента, а элементы у множества В ( значениями функции; во
втором случае х ( прообразы, у ( образы. В современном смысле рассматривают
функции, определенные для множества значений х, которые, возможно, и не
заполняют отрезка a ( x ( b, о котором говорится в определении Дирихле.
Достаточно указать, например, на функцию-факториал y = n !, заданную на
множестве натуральных чисел. Общее понятие функции применимо, конечно, не
только к величинам и числам, но и к другим математическим объектам,
например к геометрическим фигурам. При любом геометрическом преобразовании
(отображении) мы имеем дело с функцией.
Общее определение функций по Дирихле сформировалось после
длившихся целый век дискуссий в результате значительных открытий в физике и
математике в XVIII и первой половине XIX в. Дальнейшее развитие
математической науки в XIX в. основывалось на этом определении, ставшим
классическим. Но уже с самого начала XX в. это определение стало вызывать
некоторые сомнения среди части математиков. Еще важнее была критика
физиков, натолкнувшихся на явления, потребовавшие более широкого взгляда на
функцию. Необходимость дальнейшего расширения понятия функции стала
особенно острой после выхода в свет в 1930 г. книги “Основы квантовой
механики” Поля Дирака, крупнейшего английского физика, одного из основателя
квантовой механики. Дирак ввел так называемую дельта-функцию, которая
выходит далеко за рамки классического определения функции. В связи с этим
советский математик Н. М. Гюнтер и другие ученые опубликовали в 30(40-х
годах нашего столетия работы, в которых неизвестными являются не функции
точки, а “функции области”, что лучше соответствует физической сущности
явлений.
В общем виде понятие обобщенной функции было введено французом
Лораном Шварцем. В 1936 г. 28-летний советский математик и механик Сергей
Львович Соболев первым рассмотрел частный случай обобщенной функции,
включающей и дельта-функцию, и применил созданную теорию к решению ряда
задач математической физики. Важный вклад в развитие теории обобщенных
функций внесли ученики и последователи Л. Шварца ( И. М. Гельфанд, Г. Е.
Шилов и другие.
Прослеживая исторический путь развития понятия функции невольно
приходишь к мысли о том, что эволюция еще далеко не закончена и, вероятно,
никогда не закончится, как никогда не закончится и эволюция математики в
целом. Новые открытия и запросы естествознания и других наук приведут к
новым расширениям понятия функции и других математических понятий.
Математика ( незавершенная наука, она развивалась на протяжении
тысячелетий, развивается в нашу эпоху и будет развиваться в дальнейшем.
Различные подходы к определению понятия функции.
Обоснование функциональной линии как ведущей для школьного курса
математики — одно из крупнейших достижений современной методики. Однако
реализация этого положения может быть проведена многими различными путями;
многообразие путей вызвано фундаментальностью самого понятия функции.
Для того чтобы составить представление об этом многообразии,
сравним две наиболее резко различающиеся методические трактовки этого
понятия; первую мы назовем генетической, а вторую — логической.
Генетическая трактовка понятия функции основана на разработке и
методическом освоении основных черт, вошедших в понятие функции до середины
XIX в. Наиболее существенными понятиями, которые при этой трактовке входят
в систему функциональных представлений, служат переменная величина,
функциональная зависимость переменных величин, формула (выражающая одну
переменную через некоторую комбинацию других переменных), декартова система
координат на плоскости.
Генетическое развертывание понятия функции обладает рядом достоинств.
В нем подчеркивается «динамический» характер понятия функциональной
зависимости, легко выявляется модельный аспект понятия функции относительно
изучения явлений природы. Такая трактовка естественно увязывается с
остальным содержанием курса алгебры, поскольку большинство функций,
используемых в нем, выражаются аналитически или таблично.
Генетическая трактовка понятия функции содержит также черты, которые
следует рассматривать как ограничительные. Одним из очень существенных
ограничений является то, что переменная при таком подходе всегда неявно
(или даже явно) предполагается пробегающей непрерывный ряд числовых
значений. Поэтому в значительной степени понятие связывается только с
числовыми функциями одного числового аргумента (определенными на числовых
промежутках). В обучении приходится, используя и развивая функциональные
представления, постоянно выходить за пределы его первоначального описания.
Логическая трактовка понятия функции исходит из положения о том, что
строить обучение функциональным представлениям следует на основе
методического анализа понятия функции в рамках понятия алгебраической
системы. Функция при таком подходе выступает в виде отношения специального
вида между двумя множествами, удовлетворяющего условию функциональности.
Начальным этапом изучения понятия функции становится вывод его из понятия
отношения.
Реализация логического подхода вызывает необходимость иллюстрировать
понятие функции при помощи разнообразных средств; язык школьной математики
при этом обогащается. Помимо формул и таблиц, здесь находят свое место
задание функции стрелками, перечислением пар, использование не только
числового, но и геометрического материала; геометрическое преобразование
при таком подходе оказывается возможным рассматривать как функцию.
Обобщенность возникающего понятия и вытекающие отсюда возможности
установления разнообразных связей в обучении математике — основные
достоинства такой трактовки.
Однако выработанное на этом пути общее понятие оказывается в
дальнейшем связанным главным образом с числовыми функциями одного числового
аргумента, т. е. с той областью, в которой оно гораздо проще формируется на
генетической основе.
Таким образом, если генетический подход оказывается недостаточным для
формирования функции как обобщенного понятия, то логический обнаруживает
определенную избыточность. Отметим, что различия в трактовках функции
проявляются с наибольшей резкостью при введении этого понятия. В дальнейшем
изучении функциональной линии различия постепенно стираются, поскольку
изучается в курсах алгебры и начал анализа не само понятие функции, а в
основном конкретно заданные функции и классы функций, их разнообразные
приложения в задачах естествознания и общественного производства.
В современном школьном курсе математики в итоге длительных
методических поисков в качестве ведущего был принят генетический подход к
понятию функции. Одновременно учитывается все ценное, что можно извлечь из
логического подхода. Исходя из этого при формировании понятий и
представлений, методов и приемов в составе функциональной линии система
обучения строится так, чтобы внимание учащихся сосредоточивалось, во-
первых, на выделенных и достаточно четко разграниченных представлениях,
связанных с функцией, и, во-вторых, на установлении их взаимодействия при
разв
| |  скачать работу |
Изучение функций в школьном курсе математики VII-VIII классов |
