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經(jīng)典|一道題的深入解構(gòu)與多向拓展

 水木刃1 2018-05-24

思維能力培養(yǎng)非一朝一夕之功,需老師于每一堂課每一道題每一個知識點之中滲透、引導(dǎo)、點化。人的理性雖然與生俱來,但往往是潛藏不露的,仍需老師引導(dǎo)、發(fā)掘、訓(xùn)練。未經(jīng)訓(xùn)練的人多依賴直覺和感性,憑記憶和習(xí)慣做決定,缺乏批判精神和理性思維。學(xué)生的思維方式和思考習(xí)慣要及早培養(yǎng),一旦形成不良思維定勢要想改變將事倍功半。如解題時第一反應(yīng)應(yīng)該是分析與推理,而不是回憶與模仿?;貞浥c模仿是活在過去,屬于固定型思維,分析與推理是活在當(dāng)下,屬于成長型思維。

問題是培養(yǎng)思維的基本工具,本文以一道經(jīng)典題為例帶你探討如何用好一道題,充分發(fā)掘它在知識理解和思維方法諸方面的多種作用,達(dá)到以一敵百一通百通之效。

【原題】

已知:CN平分正方形ABCD的外角∠DCE,M是BC邊上的一點,MN⊥AM.

求證:AM=MN

一、題中有法

解題總策略:加減、進(jìn)退、分合、動靜。

策略口訣:少則加之,多則減之,能進(jìn)則進(jìn),難進(jìn)則退,分析解構(gòu),整合組塊,以動破靜,以靜制動。

1.加法:少則加之,圖中有部分全等條件,將之添加補(bǔ)全即可得證。

法(1):如下圖,添加AC'=CM,得ΔMCN?ΔAC'M。

     

法(2):作NF⊥CE,由∠FCN=45°得CF = NF,由∠B=∠NFM=90°得ΔABM∽ΔMFN,再由之繼續(xù)推導(dǎo),如下圖。


2.法:以動破靜。

法(3):由條件MN⊥AM,結(jié)論MN=AM,知其所在全等三角形是旋轉(zhuǎn)90度。如下圖所示:

我們可以換個旋轉(zhuǎn)中心,將ΔMCN繞點M逆時針旋轉(zhuǎn)90度,如下圖,作MC'⊥AC即可證ΔMCN?ΔMC'A。

法(4):再換個旋轉(zhuǎn)中心,將ΔMCN繞點C逆時針旋轉(zhuǎn)90度,如下圖,可證由ΔMCN?M'CN'再證四邊形AMM'N'是平行四邊形(兩組對邊平行)。

法(5):再換個旋轉(zhuǎn)方向,將ΔMCN繞點C順時針旋轉(zhuǎn)90度,如下圖,可證由ΔMCN?M'CN'再證四邊形AMN'M'是平行四邊形(兩組對邊平行)。

法(6):再用翻變換,如下圖,考慮到延長AC后,CE平分∠NCN',把△MCN沿ME翻折,可證等腰△AMN'(AM=MN')。

法(7):與上圖相對應(yīng),考慮到延長NC,CB平分∠ACA',把△ABM沿BC翻折,可證等腰△MA'N(MN=MA'),如下圖。

法(8):把ΔABM逆時針旋轉(zhuǎn)90°,再作M'N∥BC、M'A'∥MN、M'C'∥CN,由∠A'=∠CMN=∠BAM得∠ΔABM∽ΔA'BM',且有平行四邊形MNM'A',CNM'C',CM=A'C',推導(dǎo)如下。

法(9):若把ΔABM旋轉(zhuǎn)如下圖(注意因為沒有等線,不可以直接旋轉(zhuǎn),應(yīng)作平行線B'M、B'N),請讀者自行推導(dǎo)。

3.進(jìn)法:能進(jìn)則進(jìn)。

法(10):從∠AMN=90°前進(jìn),構(gòu)造直角三角形,應(yīng)用勾股定理。

4.法:整合組塊。

法(11):連接AC、AN,出現(xiàn)四點共圓基本模型,由∠AMN=∠ACN=90°,知A、M、C、N四點共圓,易得∠ANM=∠ACB=45°,得AM=MN。


二、題中有題

原題還能延伸出其它相關(guān)問題嗎?

1.條件置換:把條件作對等變換,如線段上的點運(yùn)動到其延長線上,正方形變?yōu)檎切蔚取?/span>

(1)圖形中點M是BC邊上的動點,把M點的運(yùn)動位置變換到BC的延長線上(如下圖),結(jié)論還成立嗎?上面的方法還能應(yīng)用嗎?


(2)繼續(xù)把M點的位置變換到B點的左側(cè)時(如下圖),還成立嗎?

嘗試發(fā)現(xiàn),不管是結(jié)論還是作輔助線的方法都完全一樣,證明過程也基本相同。

(3)把正方形變成正三角形。

已知:CN平分正三角形ABC的外角∠ACE,M是BC邊上的一點,∠AMN=60°.

求證:AM=MN


若把正方形變成其它正多邊形同樣成立。

2.條件疊加:附加其它條件和問題,使問題信息容量加大,綜合性更強(qiáng)。

(4)如下圖,連結(jié)AN交CD于F,連結(jié)MF,還可以得到哪些新的結(jié)論?

容易想到∠MAN=∠MNA=45°,再看有沒有包含已做過的圖形?MF與BM、DF有什么關(guān)系?

請解答:添加條件“正方形邊長為4,DF=1,求BM的長?!?/span>


3.條件弱化:把條件的特殊性去掉,使之更一般化。

(5)猜想:AM=MN是因為正方形的條件使圖中存在全等關(guān)系,那么正方形改為矩形,AM與MN還能保持相等嗎?CN平分∠DCE需要改變嗎?

題目原圖實質(zhì)是等腰直角ΔABC進(jìn)行相似變換得ΔAMN,由一轉(zhuǎn)成雙相似模型可推得ΔACN∽ΔABM,因此∠ACN=∠ABM=Rt∠,這是圖形的根本特征,正方形條件只是提供了等腰直角ΔABC,D點擦去也無關(guān)緊要。

自然得出:如“正方形”變成“矩形”,“等腰直角ΔABC”中“等腰”的特殊性就沒有了,就會變成把“直角ΔABC”進(jìn)行相似變換,如下圖,題目變?yōu)椋?/span>

已知:矩形ABCD中,BC=2AB,M是BC邊上的一點,AM⊥MN,AC⊥CN.

求證:MN=2AM

再看證明方法,前面的方法可以再一次使用:作MF∥AC,構(gòu)造相似三角形。

還有更簡單的方法:作以AN為直徑的輔助圓。如下圖:

(6)把M點的位置擴(kuò)展到直線BC上,仍然成立。

題目中D點是多余的,可以把題目精簡為:

已知:ΔABC中,∠B=90°,BC=2AB,M是直線BC邊上的一點,AM⊥MN,AC⊥CN.

求證:MN=2AM

(7)繼續(xù)一般化:

已知:ΔABC中,BC=nAB,M是直線BC邊上的一點,∠B=∠AMN=∠ACN.

求證:MN=nAM


【三、題中有理】

哲學(xué)思考是對世界的深度認(rèn)識,解決問題的過程中可以體驗并感悟事物變化規(guī)律及其蘊(yùn)含的哲理,培育理性精神和處事智慧。

上圖體現(xiàn)了事物的普遍聯(lián)系,由MN⊥AM可知全等三角形的三組對應(yīng)邊都是垂直關(guān)系,整個三角形是旋轉(zhuǎn)90度的關(guān)系。

下圖是ΔMCN繞M點旋轉(zhuǎn)90度。

下圖是ΔMCN繞C點旋轉(zhuǎn)90度。

下圖是ΔMCN沿ME翻折。

以上可以體現(xiàn)事物是在運(yùn)動變化過程中產(chǎn)生聯(lián)系的,并且運(yùn)動方式是多種多樣的。

下圖可以看成是ΔMCN繞CM的中點旋轉(zhuǎn)180度,也可以看成是ΔABM繞B點旋轉(zhuǎn)90度,體現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中發(fā)展變化的和諧統(tǒng)一。

下圖是構(gòu)造輔助圓,把相關(guān)元素集中到同一圓中,證法簡潔漂亮。圓具有最完美的對稱性,圓中的元素能產(chǎn)生豐富而緊密的聯(lián)系,因此使問題清晰明了易解。

下圖把M點運(yùn)動到BC的延長線上,結(jié)論與方法不變。

下圖把正方形換成正三角形,結(jié)論與方法不變。

以上可以體現(xiàn)同類事物的一致性和相容性。

下圖把正方形變成矩形甚至變成一般三角形,條件變化導(dǎo)致結(jié)論進(jìn)行了相應(yīng)變化,但換個角度看所變各題與原題的內(nèi)在邏輯仍有共性:比值相等,保持AM:MN=AB:BC(正方形鄰邊比是1:1,矩形鄰邊比是1:n)。

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