挖掘数式信息特征构造几何图形解题

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  [摘要]许多数学问题都是由一个几何问题演变而来的,学习中,只要善于挖掘数式的信息特征,联想“形”的几何意义,就可使“式”的问题迎刃而解。
  [关键词]数式 信息特征 形
  
  数学中许多数式问题都暗含着形的信息,如:x2±xy+y2可看作是以x、t为边,夹角为120°或60°的三角形的余弦定理结构;(x2-x1)2+(y2-y1)2表示两点间的距离;x2+y2=a2表示圆或直角三角形结构;b-ya-x表示直线的斜率,
  (AP=(a,b)表示直线AP的斜率为ba);ax+by=k表示平行直线束…,解题时,只要抓住“式”的信息特征,联想“形”的几何意义,就可使“式”的问题得到直观、现象的解决。
  【例1】设a、b、c∈R+,求证:a2-ab+b2+b2+c2>c2+ac+a2
  分析:此时直接证明比较困难,观察被开方式,类比余弦定理的表现特征,可变形如下:可平面上无法构造三条线段共点且两两之间的夹角分别为 60°、90°、120°的模型,故考虑向空间发展。
  
  
  证明:作一个四面体 S-ABC如图:使得SA=a,SB=b,SC=c,且
  
  
  
  评析:由三角形三边关系知:本题中任意两个根式的和都大于第三个根式。
  【例2】设a是任意实数,求证:
  
  分析:被开方式是二次三项式,易想到配方,将配方的结果与两点间距离公式相对照,利用三角形两边之差小于第三边,易证:
  
  证明:令,
  
  则
  
  那么k可看作是x轴上的动点A(a,0)到两点的距离之差,
  
  如图即:k=|AB|-|AC|
  
  ∵三角形两边之差小于第三边
  
  ∴||AB|-|AC||<|BC|,而|BC|=1
  
  ∴|k|<1
  
  即:|a2+a+1-a2-a+1|<1。
  
  评析:1.VABC中 |AB|+|AC|>|BC|即:|a2+a+1+a2-a+1|>1
  
  2.若有数式得到的定点B,C所在的直线和x轴不平行,则||AB|-|AC||≤|BC|,如|a2+4-a2-2a+2|≤2
  
  
  【例3】已知x≥0,y≥0且x+12y=2求μ=x2+y2得最值。
  分析:x≥0,y≥0,∴x+12y=1表示一条直线0≤x≤1上的线段,则μ=x2+y2表示原点0,(0,0)到这条线段上的点的距离。
  解:Qx≥0,y≥0,x+12y=1,
  
  μ表示原点到线段AB:x+12y=1(0≤x≤1)上点的距离(如图),Q原点到直线2x-y-2=0的距离为|-2|5,且垂足在线段AB上,又AB在x,y轴上的截距分别为1和2。∴25≤μ≤2∴45≤μ≤4即μmax=4,μmin=45。
  
  评析:本题亦可用代数方法和三角方法来解,但解法都不及原解法直观、简明。
  又如:美国第三届IMO试题:试确定方程组:的所有实数解。
  分析:由x+y+z=3,x2+y2+z2得,
  
  该方程组有实数解的几何意义是:直线x+y=3-z和圆x2+y2=3-z2又公共点,
  即圆心(0,0)到直线x+y=3-z的距离不大于半径,于是:得 z=1,此时x=y=z=1。
  
  所以方程组有实数解此解也满足x5+y5+z5=3,
  故原方程组有唯一的一组实数解。
  【例4】求函数的值域。
  
  分析:联想两点间的斜率公式,转而求点(-2,-1)与单位圆上点的连线的斜率范围,不难求得:。
  从上述实例可以看出,许多数学问题都是有一个几何问题演变而来的,只是抹去了几何的面目而成为抽象的代数或三角问题,学习中,只要善于挖掘数式的信息特征,恢复或构造出相应的几何图形,问题就会迎刃而解。
  
  (作者单位:河南叶县高中)
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