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《廣猛說題系列之兩道“瓜豆(朋成)”小題》

 徐逸涵 2017-10-25 發(fā)布于浙江

 

題1:(來源:高郵市贊化學(xué)校九年級(jí)數(shù)學(xué)自主練習(xí),江都一模填空壓軸)

在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=8,BC=6,點(diǎn)D是以點(diǎn)A為圓心,4為半徑的圓上一點(diǎn),連接BD,點(diǎn)M為BD的中點(diǎn),則線段CM長度的最大值為______________.

下面給出三種解法:

解法一:如圖1-1所示,取AB的中點(diǎn)N,連接CN、MN及半徑AD;

這里中點(diǎn)N的構(gòu)造可以說“一舉三得”:

一是與題目已知的中點(diǎn)M構(gòu)成△ABD的中位線模型,從而得NM=1/2AD=2;

二是聯(lián)系已知的Rt△ABC,構(gòu)成基本圖形“直角三角形斜邊上的中線等于斜邊的一半”,從而得CN=1/2AB=5;

三是將目標(biāo)線段CM鎖定在△CMN中,當(dāng)然也有可能當(dāng)C、M、N三點(diǎn)共線時(shí),構(gòu)不成△CMN,這也正是CM取得最值的特殊位置;

由“三角形的三邊關(guān)系”知5-2≤CM≤5+2,即3≤CM≤7,當(dāng)且僅當(dāng)C、M、N三點(diǎn)共線時(shí)取得等號(hào),即CM的最大值為7,順帶求出CM的最小值為3;

最后給同學(xué)們一個(gè)建議,就是同學(xué)們要養(yǎng)成檢驗(yàn)或驗(yàn)證的好習(xí)慣,即驗(yàn)證上面求出的最大值及最小值能否取得,只需要畫出相應(yīng)地圖形即可,如圖1-2及圖1-3所示;

解題后反思:本題中AB中點(diǎn)N的選取與構(gòu)造讓人印象深刻,可以說真的是發(fā)人深??!題目中已經(jīng)有一個(gè)中點(diǎn)M,再取一個(gè)中點(diǎn)N構(gòu)造出“雙中點(diǎn)”中位線模型以及直角三角形斜邊上的中線等于斜邊長的一半,這些基本圖形都是處理中點(diǎn)問題常見的構(gòu)思,最后鎖定一個(gè)確定兩邊長的三角形(當(dāng)然這個(gè)三角形也可能不存在),利用三角形三邊關(guān)系得出目標(biāo)線段的取值范圍與最值,也是處理最值問題常見的手段!

解法二(來自班級(jí)張“大嘴”同學(xué)的巧思妙構(gòu)):

如圖1-4所示,延長BC至點(diǎn)E,使CE=BC,即點(diǎn)C為BE的中點(diǎn),又已知點(diǎn)M為BD的中點(diǎn),連接DE后再次構(gòu)造出中位線模型,則目標(biāo)線段CM=1/2ED;

要求CM的最值,問題就轉(zhuǎn)化為了求ED的最值,很明顯點(diǎn)E是一定點(diǎn),點(diǎn)D是定圓⊙A上一動(dòng)點(diǎn)D的最值問題,這是學(xué)生熟知的模型,連接直線EA與⊙A的兩個(gè)交點(diǎn)即對(duì)應(yīng)兩個(gè)最值,其中最大值為EA與半徑r之和,最小值為EA與半徑r之差;而很明顯EA=BA=10,因而ED的最大值為14,最小值為6,;從而所求CM的最大值為7,最小值為3; 

解題后反思:圖1-5是為了驗(yàn)證最值確實(shí)可以取到,這種解題后驗(yàn)證的好習(xí)慣,大家最好養(yǎng)成,它是一種好的解題品質(zhì),形成了這種品質(zhì),所謂初中階段“一做就錯(cuò)”的易錯(cuò)題都是浮云,很容易避免,而之所以反復(fù)做反復(fù)錯(cuò)的本質(zhì)原因,筆者認(rèn)為就是學(xué)生缺乏這種解題后驗(yàn)證的重要品質(zhì)!

另外,此法中通過倍長BC至點(diǎn)E的輔助線,將目標(biāo)線段的最值問題轉(zhuǎn)變?yōu)槿巳耸熘狞c(diǎn)到圓的最值問題,讓人嘆為觀止!更神奇的是,這還是在筆者講完此題第一種解法后本班學(xué)生的奇思妙想!是啊,學(xué)生的創(chuàng)造力與學(xué)習(xí)力是驚人的,作為老師不能忽視學(xué)生的這種能力,有的時(shí)候放手讓學(xué)生去思考、去表達(dá),真的可能會(huì)有意想不到之效額!

最后再借助圖形的常見變換(平移、翻折、旋轉(zhuǎn)及位似等)看待題目中涉及的兩個(gè)動(dòng)點(diǎn)關(guān)系,結(jié)合軌跡思想,利用“捆綁原理”(即“瓜豆(朋成)原理”,不妨稱之為“捆綁朋成”原理),介紹第三種解法,在筆者看來,這種解法更加普適,也更加自然,有能力接受的同學(xué)可認(rèn)真研究琢磨!

解法三(捆綁整體思想):

第一步(分析題中從動(dòng)點(diǎn)M與主動(dòng)點(diǎn)D之間的變換關(guān)系):用圖形的常見變換(平移、翻折、旋轉(zhuǎn)及位似等)看待題目中涉及的兩個(gè)動(dòng)點(diǎn)M與D的關(guān)系;

由題知點(diǎn)M為BD的中點(diǎn),可以用“位似”的眼光看問題,即從動(dòng)點(diǎn)M可以看成是主動(dòng)點(diǎn)D以定點(diǎn)B為位似中心,位似比為1/2進(jìn)行縮?。ㄏ喈?dāng)于線段BD放縮成了線段BM);

第二步(分析題中從動(dòng)點(diǎn)M的軌跡與主動(dòng)點(diǎn)D的軌跡之間的變換關(guān)系):既然從動(dòng)點(diǎn)M可以看成是主動(dòng)點(diǎn)D以定點(diǎn)B為位似中心,位似比為1/2進(jìn)行縮小得來,很自然地就能想到所要尋找的從動(dòng)點(diǎn)M的軌跡可以看成是由主動(dòng)點(diǎn)D的軌跡圓⊙A以定點(diǎn)B為位似中心,位似比為1/2進(jìn)行縮小而來;

這里的想法在筆者看來是極其自然而容易被理解的,其實(shí)本質(zhì)就是“整體思想”,相當(dāng)于將主動(dòng)點(diǎn)D的軌跡圓看作一個(gè)整體,這個(gè)整體在作相應(yīng)地變換;

第三步(確定從動(dòng)點(diǎn)M的軌跡):既然知道了從動(dòng)點(diǎn)M的軌跡可以看成是由主動(dòng)點(diǎn)D的軌跡圓⊙A以定點(diǎn)B為位似中心,位似比為1/2進(jìn)行縮小而來,由“經(jīng)過位似變換之后的圖形與原圖形相似,即位似不改變圖形的形狀,只改變圖形的大小與位置”這個(gè)理論支撐易知從動(dòng)點(diǎn)M的軌跡仍是一個(gè)圓;

要想確定一個(gè)圓,應(yīng)先找圓心確定位置,再找半徑確地大小,按照這個(gè)基本想法先找從動(dòng)點(diǎn)M的軌跡圓心,有趣的是這個(gè)圓心也是經(jīng)過同樣的變換而來,即從動(dòng)點(diǎn)M的軌跡圓心就是主動(dòng)點(diǎn)D的軌跡圓⊙A的圓心A以定點(diǎn)B為位似中心,位似比為1/2進(jìn)行縮小而來,記為點(diǎn)N,即點(diǎn)N就是AB的中點(diǎn),如圖1-6所示;

再確定從動(dòng)點(diǎn)M的軌跡圓⊙N的半徑,這個(gè)半徑其實(shí)也是位似而來,由主動(dòng)點(diǎn)D的軌跡圓⊙A的半徑為4,位似比為1/2知所要找的從動(dòng)點(diǎn)M的軌跡圓⊙N的半徑為2,如圖1-7所示,畫出目標(biāo)點(diǎn)M的軌跡圓⊙N,其圓心為AB的中點(diǎn)N且半徑為2,是一個(gè)定圓;

這樣問題又被轉(zhuǎn)化為同學(xué)們耳熟能詳?shù)哪P?,即定點(diǎn)C到定⊙N上的最大距離,易知CM的最大值為CN+2=7,順帶求出最小值為CN-2=3,問題得解!

解題后反思:該解法有人愛它有人恨,仁者見仁智者見智!在筆者看來,這是一種極其自然的想法,本質(zhì)就是用圖形常見變換的眼光看動(dòng)點(diǎn)間的關(guān)系,所謂“捆綁原理”本質(zhì)也只是整體思想,即將主動(dòng)點(diǎn)的軌跡看作一個(gè)整體,利用這個(gè)整體去確定從動(dòng)點(diǎn)的軌跡,思路自然大方,而且更加普適,是一種很大范圍內(nèi)適用的通解通法,建議有能力的學(xué)生可以再思考琢磨下,多想幾遍就通了,通了就簡單了!

其實(shí)大家可以把第一種“中位線”解法與第三種“瓜豆”解法類比琢磨,越琢磨你越會(huì)發(fā)現(xiàn)兩種解法本質(zhì)一樣,只不過前者的輔助線相對(duì)而言還是比較難想的,給人一點(diǎn)琢磨不透的巧合感,而后者則是有跡可循,其從動(dòng)點(diǎn)M的圓心也正是第一種解法里的中點(diǎn)N,兩者不謀而言,絕不是偶然應(yīng)該是必然,甚至于大家還可以用瓜豆的原理找到這個(gè)中點(diǎn)N后,再采取第一種解法解答!總而言之,“瓜豆原理”中的軌跡思想往往可以使抽象問題變得有跡可循,值得你擁有!

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