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纵览2013年各地中考题可以发现,一些题目的图形或设问之间存在内在的辩证关系,如特殊与一般、抽象与具体、无限与有限的关系及生与熟、难与易、繁与简的关系等.如果能准确抓住这条暗藏的辩证线索,就可以把一般的、抽象的情形化归到特殊的、具体的、有限的情形,因为后者更为简单或更便于研究;同时,研究特殊的、具体的、有限的情形也可以归纳出一般的、抽象的、无限的情形或为其对比、借鉴与启示,从而顺利打开解题思路.今以命题内含的辩证线索为据分类例析,供读者参考.
一、从模型到应用
例1 (2013年江苏连云港)小明在一次数学兴趣小组活动中,对一个数学问题作如下探究.
问题情境:如图1(1),四边形ABCD中,AD∥BC,点E为DC边的中点,连结AE并延长交BC的延长线于点F.求证:S四边形ABCD=S△ABF.(S表示面积)
问题迁移:如图1(2),在已知锐角∠AOB内有一定点P.过点P任意作一条直线MN,分别交射线OA、OB于点M、N.小明将直线MN绕着点P旋转的过程中发现,△MON的面积存在最小值.请问当直线MN在什么位置时,△MON的面积最小,并说明理由.
实际应用:如图1(3),若在道路OA、OB之间有一村庄Q发生疫情,防疫部门计划以公路OA、OB和经过防疫站P的一条直线MN为隔离线,建立一个面积最小的三角形隔离区△MON.若测得∠AOB=66°,∠POB=30°,OP=4 km,试求△MON的面积.
(结果精确到0.1 km2,参考数据:sin66°≈0.91,tan66°≈2.25,3≈1.73)
拓展延伸:在平面直角坐标系中,O为坐标原点,点A、B、C、P的坐标分别为(6,0)、(6,3)、(92,92)、(4,2),过点P的直线l与四边形OABC一组对边相交,将四边形OABC分成两个四边形,求其中以点O为顶点的四边形的面积的最大值.
分析:本例是此类问题的典型代表,呈现出明显的从模型逐步推向应用的构题模式,思维上主要是调整、完善应用情形,“化归为模型”.图1(1)对应问题情境即是本题的模型,容易完成证明.图1(2)中,当P为MN 中点时,S△MON 最小.思路即为化归为模型:过点P作另外一条直线EF交OA、OB于点E、F,不妨设PE>PF,过点M作MG∥OB交EF于G.由“模型”知,当P为MN 中点时,S△MON = S四边形MOFG,由于S△EOF>S四边形MOFG,所以S△EOF>S△MON,即当P为MN 中点时,S△MON最小.此时,图1(2)成为新的模型,将之迁移到图1(3)中,可知当PM=PN时,△MON符合要求,进而结合所给数据,借助图中辅助线,利用三角形中位线性质得S△MON值.“拓展延伸”应分作两种情形考虑:①如图1(4)完善图形,当PM=PN时,S△DMN最小,此时S
四边形OANM最大,结合所给数据,利用三角形中位线性质,可得其值为10;②如图1(5)完善图形,当PM=PN时,S△TMN最小,此时S四边形OCMN最大,结合所给数据,先得直线BC解析式、点T坐标、S△TOC值;结合点P坐标,利用三角形中位线性质,可得点M坐标,进而可得S四边形OCMN=8.25,故截得四边形面积的最大值为10.
例2 (2013年山西卷)数学活动——求重叠部分面积.
问题情境:数学活动课上,老师提示了一问题:
如图2(1),将两块全等的直角三角形纸片ABC与DEF叠放在一起,其中∠ACB=∠E=90°,BC=DE=6,AC=FE=8,顶点D与边AB的中点重合,DE经过点C.求重叠部分(△DCG)的面积.
(1)独立思考:请解答老师提出的问题.
(2)合作交流:“数学小组”受此启发,将△DCG绕点D旋转,使DE⊥AB交AC于H点,交DF于点G,如图2(2),你能求重部分(△DGH)的面积吗?请写出解答过程.
(3)提出问题:老师要求各小组向“希望”小组学习,将△DEF绕点D旋转,再提出一个求重叠部分面积的问题.
“爱心”小组提出:将△DEF绕点D旋转,DE,DF分别交AC于点M,N使DM=MN,如图2(3).求重叠部分(△DMN)的面积.
任务:①请解决“爱心”小组提出的问题.直接写出△DMN的面积是: .
②请你仿照以上两个小组,大胆提出一个符合老师要求的问题,并画出图形,标明字母,不必解答.
分析:图2(1)中,易知S△DCG=6.图2(2)中,方法较多,能求得S△DGH=7516.图2(3)中,解决“爱心”小组问题并不需要解答过程,是与前面各问有什么联系吗?实际上,在图2(2)中,易得△DCA为等腰三角形,△ADH为直角三角形,且DG=GH;而在图2(3)中,仍有△DCA为等腰三角形,又DM=MN,对比图2(2),易判断△CDN为直角三角形,于是图2(3)中的阴影面积与图2(2)中的阴影面积相等.如何直观感受这一点呢?原因在于等腰△DCA具有对称性,把图2(2)和图2(3)的背面重合,两图的阴影部分也重合.仿提问题是开放的,可在图2(1)的基础上按顺时针方向旋转.由中可见,把图2(2)看作一个模型,它与图2(3)存有内在的辩证关系,即图2(3)可以化归为图2(2)的模型.这或许是题目在图2(3)中以填空题出现的原因吧!因此,解题与反思时不回避任何一个疑惑,深入思考,溯本穷源,刨根问底,终将得真知灼见.
二、从特殊到一般
例3 (2013年山东临沂卷)如图3,矩形ABCD中,∠ACB=
30°,将一块直角三角板的直角顶点P放在两对角线AC,BD的交点处,以点P为旋转中心转动三角板,并保证三角板的两直角边分别与边AB,BC所在的直线相交,交点分别为E,F.
(1)当PE⊥AB,PF⊥BC时,如图3(1),则
PEPF的值为 .
(2)现将三角板绕点P逆时针旋转α(0°<α<60°)角,如图3(2),求
PEPF的值.
(3)在(2)的基础上继续旋转,当
60°<α<90°,且使AP∶PC=1∶2时,如图3(3),
PEPF的值是否变化?证明你的结论.
一、从模型到应用
例1 (2013年江苏连云港)小明在一次数学兴趣小组活动中,对一个数学问题作如下探究.
问题情境:如图1(1),四边形ABCD中,AD∥BC,点E为DC边的中点,连结AE并延长交BC的延长线于点F.求证:S四边形ABCD=S△ABF.(S表示面积)
问题迁移:如图1(2),在已知锐角∠AOB内有一定点P.过点P任意作一条直线MN,分别交射线OA、OB于点M、N.小明将直线MN绕着点P旋转的过程中发现,△MON的面积存在最小值.请问当直线MN在什么位置时,△MON的面积最小,并说明理由.
实际应用:如图1(3),若在道路OA、OB之间有一村庄Q发生疫情,防疫部门计划以公路OA、OB和经过防疫站P的一条直线MN为隔离线,建立一个面积最小的三角形隔离区△MON.若测得∠AOB=66°,∠POB=30°,OP=4 km,试求△MON的面积.
(结果精确到0.1 km2,参考数据:sin66°≈0.91,tan66°≈2.25,3≈1.73)
拓展延伸:在平面直角坐标系中,O为坐标原点,点A、B、C、P的坐标分别为(6,0)、(6,3)、(92,92)、(4,2),过点P的直线l与四边形OABC一组对边相交,将四边形OABC分成两个四边形,求其中以点O为顶点的四边形的面积的最大值.
分析:本例是此类问题的典型代表,呈现出明显的从模型逐步推向应用的构题模式,思维上主要是调整、完善应用情形,“化归为模型”.图1(1)对应问题情境即是本题的模型,容易完成证明.图1(2)中,当P为MN 中点时,S△MON 最小.思路即为化归为模型:过点P作另外一条直线EF交OA、OB于点E、F,不妨设PE>PF,过点M作MG∥OB交EF于G.由“模型”知,当P为MN 中点时,S△MON = S四边形MOFG,由于S△EOF>S四边形MOFG,所以S△EOF>S△MON,即当P为MN 中点时,S△MON最小.此时,图1(2)成为新的模型,将之迁移到图1(3)中,可知当PM=PN时,△MON符合要求,进而结合所给数据,借助图中辅助线,利用三角形中位线性质得S△MON值.“拓展延伸”应分作两种情形考虑:①如图1(4)完善图形,当PM=PN时,S△DMN最小,此时S
四边形OANM最大,结合所给数据,利用三角形中位线性质,可得其值为10;②如图1(5)完善图形,当PM=PN时,S△TMN最小,此时S四边形OCMN最大,结合所给数据,先得直线BC解析式、点T坐标、S△TOC值;结合点P坐标,利用三角形中位线性质,可得点M坐标,进而可得S四边形OCMN=8.25,故截得四边形面积的最大值为10.
例2 (2013年山西卷)数学活动——求重叠部分面积.
问题情境:数学活动课上,老师提示了一问题:
如图2(1),将两块全等的直角三角形纸片ABC与DEF叠放在一起,其中∠ACB=∠E=90°,BC=DE=6,AC=FE=8,顶点D与边AB的中点重合,DE经过点C.求重叠部分(△DCG)的面积.
(1)独立思考:请解答老师提出的问题.
(2)合作交流:“数学小组”受此启发,将△DCG绕点D旋转,使DE⊥AB交AC于H点,交DF于点G,如图2(2),你能求重部分(△DGH)的面积吗?请写出解答过程.
(3)提出问题:老师要求各小组向“希望”小组学习,将△DEF绕点D旋转,再提出一个求重叠部分面积的问题.
“爱心”小组提出:将△DEF绕点D旋转,DE,DF分别交AC于点M,N使DM=MN,如图2(3).求重叠部分(△DMN)的面积.
任务:①请解决“爱心”小组提出的问题.直接写出△DMN的面积是: .
②请你仿照以上两个小组,大胆提出一个符合老师要求的问题,并画出图形,标明字母,不必解答.
分析:图2(1)中,易知S△DCG=6.图2(2)中,方法较多,能求得S△DGH=7516.图2(3)中,解决“爱心”小组问题并不需要解答过程,是与前面各问有什么联系吗?实际上,在图2(2)中,易得△DCA为等腰三角形,△ADH为直角三角形,且DG=GH;而在图2(3)中,仍有△DCA为等腰三角形,又DM=MN,对比图2(2),易判断△CDN为直角三角形,于是图2(3)中的阴影面积与图2(2)中的阴影面积相等.如何直观感受这一点呢?原因在于等腰△DCA具有对称性,把图2(2)和图2(3)的背面重合,两图的阴影部分也重合.仿提问题是开放的,可在图2(1)的基础上按顺时针方向旋转.由中可见,把图2(2)看作一个模型,它与图2(3)存有内在的辩证关系,即图2(3)可以化归为图2(2)的模型.这或许是题目在图2(3)中以填空题出现的原因吧!因此,解题与反思时不回避任何一个疑惑,深入思考,溯本穷源,刨根问底,终将得真知灼见.
二、从特殊到一般
例3 (2013年山东临沂卷)如图3,矩形ABCD中,∠ACB=
30°,将一块直角三角板的直角顶点P放在两对角线AC,BD的交点处,以点P为旋转中心转动三角板,并保证三角板的两直角边分别与边AB,BC所在的直线相交,交点分别为E,F.
(1)当PE⊥AB,PF⊥BC时,如图3(1),则
PEPF的值为 .
(2)现将三角板绕点P逆时针旋转α(0°<α<60°)角,如图3(2),求
PEPF的值.
(3)在(2)的基础上继续旋转,当
60°<α<90°,且使AP∶PC=1∶2时,如图3(3),
PEPF的值是否变化?证明你的结论.