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时间:2018-12-19
《高中数学《1.3 算法案例》教案2 新人教a版必修3》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第2课时案例2秦九韶算法导入新课思路1(情境导入)大家都喜欢吃苹果吧,我们吃苹果都是从外到里一口一口的吃,而虫子却是先钻到苹果里面从里到外一口一口的吃,由此看来处理同一个问题的方法多种多样.怎样求多项式f(x)=x5+x4+x3+x2+x+1当x=5时的值呢?方法也是多种多样的,今天我们开始学习秦九韶算法.思路2(直接导入)前面我们学习了辗转相除法与更相减损术,今天我们开始学习秦九韶算法.推进新课新知探究提出问题(1)求多项式f(x)=x5+x4+x3+x2+x+1当x=5时的值有哪些方法?比较它们的特点.(2)什么是秦九韶算法?(3)怎样评价
2、一个算法的好坏?讨论结果:(1)怎样求多项式f(x)=x5+x4+x3+x2+x+1当x=5时的值呢?一个自然的做法就是把5代入多项式f(x),计算各项的值,然后把它们加起来,这时,我们一共做了1+2+3+4=10次乘法运算,5次加法运算.另一种做法是先计算x2的值,然后依次计算x2·x,(x2·x)·x,((x2·x)·x)·x的值,这样每次都可以利用上一次计算的结果,这时,我们一共做了4次乘法运算,5次加法运算.第二种做法与第一种做法相比,乘法的运算次数减少了,因而能够提高运算效率,对于计算机来说,做一次乘法运算所用的时间比做一次加法运算要
3、长得多,所以采用第二种做法,计算机能更快地得到结果.(2)上面问题有没有更有效的算法呢?我国南宋时期的数学家秦九韶(约1202~1261)在他的著作《数书九章》中提出了下面的算法:把一个n次多项式f(x)=anxn+an-1xn-1+…+a1x+a0改写成如下形式: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.求多项式的值时,首先计算最内层括号内一次
4、多项式的值,即v1=anx+an-1,然后由内向外逐层计算一次多项式的值,即v2=v1x+an-2,v3=v2x+an-3,…vn=vn-1x+a0,这样,求n次多项式f(x)的值就转化为求n个一次多项式的值.上述方法称为秦九韶算法.直到今天,这种算法仍是多项式求值比较先进的算法.(3)计算机的一个很重要的特点就是运算速度快,但即便如此,算法好坏的一个重要标志仍然是运算的次数.如果一个算法从理论上需要超出计算机允许范围内的运算次数,那么这样的算法就只能是一个理论的算法.应用示例例1已知一个5次多项式为f(x)=5x5+2x4+3.5x3-2.6
5、x2+1.7x-0.8,用秦九韶算法求这个多项式当x=5时的值.解:根据秦九韶算法,把多项式改写成如下形式:f(x)=((((5x+2)x+3.5)x-2.6)x+1.7)x-0.8,按照从内到外的顺序,依次计算一次多项式当x=5时的值:v0=5;v1=5×5+2=27;v2=27×5+3.5=138.5;v3=138.5×5-2.6=689.9;v4=689.9×5+1.7=3451.2;v5=3415.2×5-0.8=17255.2;所以,当x=5时,多项式的值等于17255.2.算法分析:观察上述秦九韶算法中的n个一次式,可见vk的计算要
6、用到vk-1的值,若令v0=an,我们可以得到下面的公式:这是一个在秦九韶算法中反复执行的步骤,因此可用循环结构来实现.算法步骤如下:第一步,输入多项式次数n、最高次的系数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=i-1.第五步,判断i是否大于或等于0.若是,则返回第三步;否则,输出多项式的值v.程序框图如下图:程序:INPUT“n=”;nINPUT“an=”;aINPUT“x=”;xv=ai=n-1WHILEi>=0PRINT“i=”;iINPUT“ai=”;
7、av=v*x+ai=i-1WENDPRINTvEND点评:本题是古老算法与现代计算机语言的完美结合,详尽介绍了思想方法、算法步骤、程序框图和算法语句,是一个典型的算法案例.变式训练请以5次多项式函数为例说明秦九韶算法,并画出程序框图.解:设f(x)=a5x5+a4x4+a3x3+a2x2+a1x+a0首先,让我们以5次多项式一步步地进行改写:f(x)=(a5x4+a4x3+a3x2+a2x+a1)x+a0=((a5x3+a4x2+a3x+a2)x+a1)x+a0=(((a5x2+a4x+a3)x+a2)x+a1)x+a0=((((a5x+a4)
8、x+a3)x+a2)x+a1)x+a0.上面的分层计算,只用了小括号,计算时,首先计算最内层的括号,然后由里向外逐层计算,直到最外层的括号,然后加上常
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