在处理这个问题上,我们先来介绍行列式的起源,从解二元一次方程组入手,给出一个二元一次方程组:
a11x1+a12x2=b1
a21x1+a22x2=b2
先让学生用中学所学的消元法求出解:
x1=b1a22-a12b2a11a22-a12a21
x2=a11b2-a21b1a11a22-a12a21
之后观察解,提示学生引入行列式的本来目的就是为了解n元一次方程组,当n充分大以后,再用这个方法来解,难度相当大,为此定义二阶行列式:
a11a12
a21a22=a11a22-a12a21.
同理,从解三元一次方程组入手,定义三阶行列式:
a11a12a13
a21a22a23
a31a32a33=a11a22a33+a12a23a31+a13a21a32-a13a22a31-a12a21a33-a11a23a32.
接下来引导学生观察二阶和三阶行列式的定义,从中找出规律,问二阶行列式有多少项?每一项几个元素乘积?这些元素的取法满足什么规律?三阶行列式呢?经过讨论,学生得出结果,二阶行列式有2!项,每一项2个元素乘积,三阶行列式有3!项,每一项3个元素的乘积,这些元素均取自不同的行、不同的列。
再问学生,怎么定义n阶行列式呢?经学生讨论后,得出结论,n阶行列式有n!项?每一项有n个元素,且这n个元素取自不同行不同列。
那么每一项取正号还是负号呢?学生肯定很想知道,这时告诉他们,这需要学习排列的知识。
显而易见,学生的学习积极性被调动起来了,对知识有着某种渴望。
再以线性变换的对角化为例来谈一下问题教学模式。
先给出线性变换可对角化的定义,设φ是数域K上n维线性空间V的一个线性变换,如果存在V中的一组基,使φ的矩阵为对角形,就称φ可对角化。
再问学生:为什么研究线性变换的对角化呢?给定一组基后,线性变换和矩阵一一对应,线性变换构成的线性空间和矩阵构成的线性空间同构,因此可以用矩阵来研究线性变换。
问题是给定一个线性变换后,如何恰当地选择一组基,使某个矩阵和它对应。
当然我们希望和线性变换对应的矩阵越简单越好。
经过前面的学习,大家会发现对角矩阵是足够简单的。
自然地,我们考虑如何选取一组恰当的基底,使线性变换和对角矩阵建立起对应关系。
这就是研究矩阵对角化的理由。
继续提问,是否每个线性变换都可以对角化呢?能否举例?可以对角化的线性变换要满足什么条件呢?回答。
那么怎么对角化呢?不能够对角化的矩阵怎么办?准对角化。
二、改革教学内容
1.将解析几何融入到高等代数教学中
高等代数中有些概念、结论很抽象,对于初学者来讲是个很大的障碍,如向量组线性相关、向量组等价等。
如果将解析几何与高等代数相结合,那么几何将给代数提供了直观模型,同时代数也给几何提供了研究方法。
其中有关向量的内容、直线、平面,和线性代数结合是很自然的,对代数与几何的融汇,相互影响是有利的。
例如,三维向量组α1,α2,α3线性相关,不妨假设α1可以由α2,α3线性表出,从几何角度看,实质就是α1在α2,α3所确定的平面上。
又如几何中的二次曲线与二次曲面的分类,实际上就是实二次型的分类的几何背景。
2.加入高等代数的背景与应用的介绍
上好第一堂课非常重要。
加入高等代数的背景介绍,能激发学生的学习兴趣。
实践中,我们在高等代数的第一节课先来介绍代数学的发展史,使学生对高等代数有一个粗略的认识。
我们是这样介绍的:18世纪前的代数学主要研究中学阶段所学的初等代数。
18世纪~19世纪关心的是怎么解方程。