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解題研究 | 形如 a m·b 型結(jié)構(gòu)最小值問題(阿波羅尼斯圓和胡不歸兩類問題)

 周原樵翁 2019-10-10

文章轉(zhuǎn)自:初中數(shù)學(xué)綜合題的教與學(xué);作者:劉護(hù)靈

開篇:學(xué)問學(xué)問,就是邊學(xué)邊問,邊問邊學(xué)。沒有問題,或者提不出問題,或者害怕提出新問題,或者只會(huì)短時(shí)間的按照已有的模式套路解決已有的問題,而不能解決暫時(shí)無套路的新問題,正是應(yīng)試教育的悲哀,也是為考而教的不足,泯滅的可能是學(xué)生個(gè)人甚至民族的創(chuàng)造力。


有些社會(huì)補(bǔ)習(xí)機(jī)構(gòu)把數(shù)學(xué)解題學(xué)習(xí)異化為“記模型”“練模型”“套模型”的應(yīng)試訓(xùn)練,表面上可以對(duì)付平時(shí)的考試(因?yàn)槠綍r(shí)的考試出題時(shí)沒有像出中高考題需要數(shù)位專家長(zhǎng)達(dá)1月以上的出新題的過程),由此帶來學(xué)生的思維固化?;诖?,筆者在2016年申報(bào)了一個(gè)課題《在科雅育人的理念下培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)創(chuàng)新思維》,在2018年結(jié)題,但是研究并未結(jié)束。本公眾號(hào)當(dāng)時(shí)就為這個(gè)課題而建設(shè)。現(xiàn)在繼續(xù)開展這個(gè)課題的研究。


出發(fā)點(diǎn):數(shù)學(xué)教學(xué)離不開解題教學(xué)。但解題教學(xué)要在解決問題中實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)育人的功能。


一、問題背景
“a + m·b”型的最值問題是近幾年中考考查的熱點(diǎn)更是難點(diǎn). 當(dāng)m值為1 時(shí),即可轉(zhuǎn)化為“a + b”之和最短問題,就可用我們常見的“飲馬問題”模型來處理,即可以轉(zhuǎn)化為軸對(duì)稱問題來處理.

而當(dāng) m 取任意不為1 的正數(shù)時(shí),若再以常規(guī)的軸對(duì)稱思想來解決問題,則無法進(jìn)行,因此必須轉(zhuǎn)換思路.

此類問題的處理通常以動(dòng)點(diǎn) P 所在圖像的不同來分類,一般分為 2 類研究. 即點(diǎn) P 在直線上運(yùn)動(dòng)( 胡不歸) 和點(diǎn) P 在圓( 阿氏圓) 上 運(yùn)動(dòng). 先來看看何為“阿氏圓”. 

(阿波羅尼斯(約前 262~約前 190),古希臘人,數(shù)學(xué)家.他的著作《圓錐曲線論》是古代世界光輝的科學(xué)成果,阿波羅尼斯圓即來源于其中的幾何問題.

二、預(yù)備知識(shí)
這個(gè)軌跡最先由古希臘數(shù)學(xué)家阿波羅尼斯發(fā)現(xiàn),故稱阿氏圓


令人好奇的問題1:如何在ggb或幾何畫板中,直接作出阿氏圓?
筆者探索許久,得到兩種方法:
一個(gè)是代數(shù)法(先建系),一個(gè)幾何法(圓截?。?/span>
效果圖:

那么如何證明這個(gè)點(diǎn)P的軌跡是一個(gè)圓?

對(duì)于初中學(xué)生,需要用兩次角平分線定理,但學(xué)生可能理解上有一定的困難。

對(duì)于高中學(xué)生,可以建系利用解析幾何的方法來證明。

所以這個(gè)內(nèi)容是放在高中才學(xué)的,但是現(xiàn)在部分省市有時(shí)中考也考阿氏圓(其實(shí)不應(yīng)該?。?/span>



典型例題和變式:
例1:如圖1,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,CB=4,CA=6,⊙C半徑為2,P為圓上一動(dòng)點(diǎn),連結(jié)AP、BP,求AP+1/2BP的最小值.
(1)嘗試解決:為了解決這個(gè)問題,下面給出解題思路:
如圖2,連接CP,在CB上取點(diǎn)D,使CD=1,
則有CD/CP=CP/CB=1/2,
又∵∠PCD=∠BCP,∴△PCD∽△BCP.
∴PD/BP=1/2,∴PD=1/2BP,
∴AP+1/2BP=AP+PD.
接下來就容易了
當(dāng)A、P、D三點(diǎn)共線時(shí),AP+PD最小,即最小值為AD的長(zhǎng)根號(hào)下37.
反思1:在CB上取點(diǎn)D,使CD=1這個(gè)是怎么想到的?本質(zhì)是什么?
實(shí)際上,構(gòu)造△PCD∽△BCP,把1/2BP轉(zhuǎn)化為PD是關(guān)鍵所在.
(2)自主探索:在“問題提出”的條件不變的情況下,
1/3AP+BP的最小值為——.
(3)拓展延伸:已知扇形COD中,∠COD=90°,OC=6,OA=3,OB=5,點(diǎn)P是弧CD上一點(diǎn),求2PA+PB的最小值——.
 實(shí)戰(zhàn)分析
 



動(dòng)畫理解題意:
解決:

套路總結(jié)

(看看,本來沒有套路,研究的人多了,總結(jié)出套路來了。

(總結(jié)出套路沒什么不對(duì),解析幾何的“建,設(shè),限,代,化”不是也是套路嗎?根據(jù)皮連生教授廣義教與學(xué)的理論,學(xué)習(xí)解題步驟就是掌握一種高級(jí)規(guī)則)

阿氏圓基本解法:構(gòu)造相似


后續(xù):阿氏圓的問題是不是應(yīng)該放在高中更加合適?

結(jié)論:

1.到兩定點(diǎn)的距離之商為定值的點(diǎn)的軌跡是阿波羅尼斯圓。
2.到兩定點(diǎn)的距離之和為定值(比這兩點(diǎn)之間的距離要大)的點(diǎn)的軌跡是橢圓。
3.到兩定點(diǎn)的距離之差為定值(比這兩點(diǎn)之間的距離要小)的點(diǎn)的軌跡是雙曲線。
4.到兩定點(diǎn)的距離之積為定值的點(diǎn)的軌跡是卡西尼卵形線。

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