破解难题2
同学们往往有这样感觉,对于较难的问题,老师讲解时一听就能懂,独立完成时再做却不会。
好比在黑暗的房间里找东西,没有打开灯光时,要不断摸索反复尝试,一旦打开灯光,就会豁然开朗一目了然。
解一个陌生的难题就是在黑暗中摸索,反复验证尝试的过程就是灯光逐渐亮起的过程。
当然,聪明的同学会先找灯的开关,会根据经验和规律判断开关通常的位置,然后有次序有方向地寻找探索。
听老师讲题时,相当于老师为你打开灯光,照亮你的思考之路。光听老师讲其实对你是没有用的,你要学会老师如何在一个陌生的房间找到开关打开灯光的方法,这要在实践中不断练习并深入反思才能真正掌握。
我们继续看第2类难题:增加抽象度,特殊变一般,考察概括能力。
抽象和推理是数学中最重要的思维方法,抽象就是丢弃不同的具体内容,留下相同的结构模式,推理就是运用这个模式解决其它同类问题。
例1.(2017岳阳卷,倒2题)
问题背景:已知∠EDF的顶点D在ΔABC的边 AB所在直线上(不与A,B重合).DE交AC 所在直线于点M,DF交BC所在直线于点N.记ΔADM 的面积为S1,ΔBND的面积为S2.
(1)初步尝试:如图①,当ΔABC是等边三角形, AB=6,∠EDF=∠A,且DE∥BC,AD=2时,则S1*S2= ;
(2)类比探究:在(1)的条件下,先将点D沿AB 平移,使AD=4,再将∠EDF绕点D旋转至如图②所示位置,求 S1*S2的值;
(3)延伸拓展:当ΔABC是等腰三角形时,设∠B=∠A=∠EDF=α.
(I)如图③,当点D在线段AB上运动时,设AD=a,BD=b,求S1*S2 的表达式(结果用a,b和α的三角函数表示).
(II)如图④,当点D在BA的延长线上运动时,设AD=a,BD=b ,直接写出S1*S2的表达式,不必写出解答过程.
分析:图1最特殊,两个三角形都是等边三角形,底与高都可以确定求出。图2保留了图1中∠B=∠A=∠EDF=60°及其中一边长度确定,由“一线三等角”得两个三角形相似,不确定的两边设参数表示AM=m,BN=n,用同样的方法同样可算得面积之积,这时m、n是变量,但其积是定值,而图3、图4只是把60度角换成一般的角度用变量表示,解题思路与过程完全相同,如下图。
可见,问题中某些数量一般化以后,解题思路与方法不变,把定值替换成变量即可。
例2.(2017济南卷,倒2题)
某学习小组的学生在学习中遇到了下面的问题:
如图1,在△ABC和△ADE中,∠ACB=∠AED=90°,∠CAB=∠EAD=60°,点E、A、C在同一条直线上,连接BD,点F是BD的中点,连接EF、CF,试判断△CEF的形状并说明理由.
问题探究:
(1)小婷同学提出解题思路:先探究△CEF的两条边是否相等,如EF=CF,以下是她的证明过程
请根据以上证明过程,解答下列两个问题:
①在图1中作出证明中所描述的辅助线;
②在证明的括号中填写理由(请在SAS,ASA,AAS,SSS中选择).
(2)在(1)的探究结论的基础上,请你帮助小婷求出∠CEF的度数,并判断△CEF的形状.
问题拓展:
(3)如图2,当△ADE绕点A逆时针旋转某个角度时,连接CE,延长DE交BC的延长线于点P,其他条件不变,判断△CEF的形状并给出证明.
解析:(2)如下图如示。
(3)当△ADE绕点A旋转某个角度时,图2比图1更具有一般性,其区别在于:EAC由重合的三条线段变成一个任意三角形。由于其它主要条件没变,所以图1的辅助线作法及解题方法仍然可用。
此时我们不需要零起步思考,把图1的解题过程进行一般化处理即可,这是一种能够提高效率的重要思维方法。图1的解法可概括为把AD绕点F旋转180度构造新的直角ΔECG与ΔACB相似,从而得ΔECF的边等及60度角条件。如下图的分析过程,就是把图1的解题过程进行改造。
前面所用的第1种方法可看成ΔEAC绕C点旋转进行相似变换得ΔEDG,由此拓展把ΔEAC绕不同的点旋转不同的角度可得到其它多种构造方法。[参考阅读:相似变换之一转成双]
法2.把ΔEAC绕E点逆时针旋转90度并缩放得ΔEDG,或由对称原理,线段CF和EF在图中地位相同(都是直角顶点与中点的连线),由法1迁移可以延长CF使FG=CF,同样得ΔEDG与ΔEAC相似,ΔEAD与ΔECD相似,具体证法同第1种。
法3.凡构造须有依据有目的,不是盲人摸象,本题的条件线索有:等边三角形,30度直角三角形,中点;对应的方法线索有:构造双等边,构造中位线,旋转变换等。如下图,取AB的中点G,相当于把ΔCEA旋转至ΔCFG。
法4.类同于法3,如下图,取AD的中点G,相当于把ΔCEA旋转至ΔFEG。
法5.如下图,截EG=DE,相当于把ΔCEA旋转60°至ΔBGA。
法6.类同于法5,如下图,截CG=BC,相当于把ΔCEA旋转60°至ΔGDA。
法7.法8.如下构造等边ΔADM、ΔABN,倍长AF。
由以上可以看出,问题从特殊变为一般,包括数量的一般化和位置的一般化两种情况,都要利用特殊与一般的联系,在原有思路与解法步骤基础上进行迁移改造即可。
数量一般化以后会产生未知的变量,可以用变量代入运算,若有无关的未知量可以再设参数,其它思路与方法不变,通常无关的参数会在运算中被代换消掉。
位置一般化以后可能产生新的关系,图形往往更加复杂一些,有时需要构造新的图形,以使相关元素产生联系得到需要的结论,总的思路与方法也不变。
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