对一道向量题的研究

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  摘 要:在学习平面向量知识中,笔者接触一类典型问题,学生面对该题,思路多样、分散却又不够精练,本文对该题型进行了研究,以便更好地指导学生的学习.
  关键词:平面向量;试题研究;高中数学
  新课改中,苏教版普通高中课程标准实验教科书必修4中的第二章《平面向量》,引进了平面向量知识,向量是近代数学中重要和基本的数学概念之一,它是沟通代数、几何与三角函数的一种工具. 通过本章的学习,学生不仅可以掌握一种全新的数学工具,而且可以帮助学生体会数学的内部联系,数学与实际生活的联系,以及数学在解决实际问题中的作用,培养学生的理性思维的能力、运算能力和解决实际问题的能力.
  原题:O是△ABC内一点,满足+2+4=0,求△AOB、△BOC、△AOC的面积之比.
  【分析】 此问题可以分为两类:解答题和填空题,分别采取不同的解题策略.
  题型为解答题时,我们要有严密的论证,写出详细的解答过程
  1. 运用向量加减法的平行四边形法则解题
  【分析】 充分运用平行四边形法则,构造满足题意的三角形,寻找面积关系.
  【方法1】 因为+2+4=0,所以=2+4,在平面内任取一点O,构造向量,,作向量=2,=4,根据向量加法的平行四边形法则,=+,如图(1):所以有=. 顺次连接点A,B,C,构成△ABC,如图2,所以S△AOB=S△BOF=S△DOF,S△BOC=S△DOE=S△DOF,S△AOC=S△COF=S△EOF=S△DOF. 所以S△AOB∶S△BOC∶S△AOC=∶∶=4∶1∶2.
  运用三角形重心的向量性质解题
  【分析】 题中所给条件“+2+4=0”,与三角形的重心有着紧密的联系,这就提示我们尝试构造合适的三角形以及它的重心,结合三角形重心的向量性质来解决问题.
  【方法2】 如图3,作任意△AB′C′,取三角形三边中线的交点即△AB′C′的重心O,在OB′,OC′上分别取B点、C点,使得向量=,=. 因为O点为△AB′C′的重心,所以有++=0. 又因为=2,=4,所以+2+4=0,在△AB′C′中,S△AOB′=S△AB′E=·S△AB′C′=S△AB′C′,同理S△AOC′=S△B′OC′=S△AOB′=S△AB′C′. 又S△AOB=S△AOB′=S△AB′C′=S△AB′C′,S△BOC=S△B′OC′=S△AB′C′=S△AB′C′,S△AOC=S△AOC′=S△AB′C′=S△AB′C′,S△AOB∶S△BOC∶S△AOC=∶∶=4∶1∶2.
  题型为填空题时,我们只需要准确快速地求出答案
  1. 建立直角坐标系,将,作为基底,特殊化处理.
  【分析】 当题中所涉及向量额外满足一些特殊关系时,结论依然成立,将问题特殊化,快速求解,这是我们解决填空题、选择题这些客观题时常用的方法.
  【方法3】 如图5构造向量⊥,并且==1,以向量,为基底建立如图所示的直角坐标系xOy,所以B,C坐标分别为(1,0),(0,1). 因为+2+4=0,所以=2+4,作向量=2,=4,根据向量加法的平行四边形法则,=+,所以=,确定A点坐标为(-2,-4),顺次连接点A,B,C,得到△ABC,如图6. 所以,S△AOB=×1×4=2,S△BOC=×1×1=,S△AOC=×1×2=1,S△AOB∶S△BOC∶S△AOC=2∶∶1=4∶1∶2.
  2. 猜想:题干中三向量之比为1∶2∶4,面积之比为4∶2∶1,引发猜想:“题干中三向量的比例关系,是否决定了△AOB、△AOC、△BOC面积的比例关系?”
  继续研究
  【方法3】 如图6,S△AOB=××=×1×=×1×4=×1×4,此处的4即为题干中向量前的系数,同理可得,S△BOC=×1×1,此处的1即为题干中向量前的系数,S△AOC=×1×2,此处的2即为题干中向量前的系数. 是否有一般结论“O是△ABC内一点,满足a+b+c=0(a>0,b>0,c>0),则有S△AOB∶S△AOC∶SBAOC=c∶b∶a”?(注:条件“a>0,b>0,c>0”是为了保证条件“O是△ABC内一点”,这里不再展开讨论.)
  以下进行进一步的研究:
  3. 证明:O是△ABC内一点,满足a+b+c=0(a>0,b>0,c>0),则有S△AOB∶S△AOC∶S△BOC=c∶b∶a.
  解:因为a+b+c=0,
  所以a=b+c=b(+)+c(+),所以(a+b+c)=b+c,
  所以=+.
  在三角形的边AB,AC上取点D,E,
  如图7,所以有:=,=, 则四边形ADOE是平行四边形.
  图7
  所以:S△AOB=S△AEB=S△ABC,S△AOC=S△ADC=S△ABC,S△BOC=S△ABC-S△AOB-S△AOC=1--S△ABC=S△ABC,S△AOB∶S△AOC∶S△BOC=∶∶=c∶b∶a,此题得证.
  4. 利用结论“O是△ABC内一点,满足a+b+c=0(a>0,b>0,c>0),则有S△AOB∶S△AOC∶S△BOC=c∶b∶a”直接求出答案.
  【分析】 注意上述结论中的规律,建立选择正确的比例系数.
  【方法4】 因为+2+4=0,所以S△AOB∶S△AOC∶S△BOC=4∶2∶1.
  以上是我们在《平面向量》这一章教学中针对一类典型问题的粗浅研究,不当之处,请多指正.
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