一道模考题的前世今生
《西游记》中的孙悟空比猪八戒高明在何处?
妖怪千变万化,孙悟空的火眼金睛总能识得它的本相,而猪八戒的肉眼凡胎只能看到表象,这就是“迷”与“悟”的区别。
对于数学解题,我们同样要有火眼金睛,看清问题的内在逻辑结构,那么问题就不难解决。
以近期刚考的一道模拟题为例,我们从其内在逻辑关系分析解构它的前世今生,寻找它的本来面目。
原题呈现:如图,RtΔABC中,∠ACB=90°,CA=CB,过点C在ΔABC外作射线CE,且∠BCE=α。
(1)利用无刻度的直尺和圆规,完成下列作图(不写作法,保留作图痕迹)。
①作点B关于CE的对称点D。
②连接AD、BD、CD,其中AD、BD分别交CE于点M、N。
(2)在(1)的条件下,当α=30°时,∠AMC= 。
(3)在(1)的条件下,当0°<α<45°时,用等式表示线段AM、CN之间的数量关系,并证明。
【解析】
(1)(2)略过,作图如下。
(3)以下信息与哪些知识模型关联?如何进行下一步推理?
❶AM在ΔAMC中,(2)中的∠AMC为45°是否变化?
❷条件AC=BC=DC能构造什么?
❸ AM在ΔAMC中,CN在ΔCBN中,两个三角形有何边角关系?如何构造模型?
由AC=BC,AC⊥BC,可以判断要构造的两个全等三角形应是旋转90°的关系,抓住此特征,全等三角形不难构造。
法1.一线三直角(K形图):易证AM=√2AF=√2CN。
此构造方式的实质是ΔCBN绕AB的中点旋转90度。
法2.双等腰型全等(手拉手)(1):AM=BG=BM+GM=√2MN+√2CM=√2CN。
此构造方式的实质是ΔACM绕C点旋转90度。
法3.双等腰型全等(手拉手)(2):AM=AF+FM=√2MN+√2CM=√2CN。
此构造方式的实质是ΔCBM绕C点旋转90度。
上面两种同类基本模型变式拓展请参阅:
法4.双等腰型全等(手拉手)(3):AM=FN=√2CN。
此构造方式的实质是ΔCBN绕C点旋转90度。
由AC=BC=CD,构造全等三角形。
法5.补形构造全等(1):取DG=CM,证全等得AM=CG=√2CN。
此构造方式的实质是ΔACM沿CM翻折再绕C点旋转90度平移CD的长,如下图。
换个角度,此图也可以看成是ΔBCN绕点N旋转90度,如下图。
法6.补形构造全等(2):取BG=CM,证全等得AM=CG=√2CN。
此构造方式的实质是把ΔACM旋转90度并平移。
此图也可以看成是ΔDCN绕点N旋转90度,如下图。
上面列举了几种简单的常规解法,本题还有其它诸多解法不再赘述。
本题的条件范围还变式延伸:
(1)把条件“当0°<α<45°时”变成“当45°<α<90°时”,原结论是否还成立?
用同样的方法可得∠AMC=135°(如果从直线AM顺时针旋转到直线CE的角度看仍是45°),AM=√2CN。
(2)把条件“当0°<α<45°时”变成“当90°<α<180°时”,原结论是否还成立?
【小结】
本题思考的逻辑起点:条件中“AC=BC,AC⊥BC,∠AMC=45°”。由AC=BC及AC⊥BC知可构造旋转90度的全等三角形;由∠AMC=45°知可构造等腰直角三角形。从以上多种解法中可以看出它们的共同规律是图中必含旋转90度的全等三角形和等腰直角三角形。
本题图形包含的模型:①等腰直角三角形-一线三直角模型;②双直角三角形-四点共圆模型;③双等腰三角形-手拉手全等模型。解题时把图形分解组合添加删减构造成基本模型即可很快解决。
本题变换构造的方法:仍是应用笔者前文所总结八字诀“进退(根据条件结论进行推理判断)、分合(分解组合成基本模型)、加减(图形残缺部分补充多余部分删减)、动静(图形运动变换进行构造)”的策略。
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