思维教学(六):全景视角破解南通压轴题
孙悟空为什么比猪八戒厉害?因为孙悟空有火眼金睛,外看皮相,内观神魂,所以妖魔鬼怪无所遁形,加之七十二变和如意棒,降妖除怪便能轻而易举。我们解题也是一样,视点站位高才能看到整体,方法理解透才能灵活应变,我在《中考数学思维方法与解题策略》中提出的全景思维就是为了培养思维的开阔性和灵活性。全景思维是一种立体的、联系的、变动的思考角度,既见树木又见森林,观其形相求其本质,不拘于一隅,不限于一法,不断突破定势,随时生长创造,从而发现解决问题的最佳路径。下面以中考题为例探讨如何在全景视角下聚焦突破题目的难点。
2018南通中考卷第28题:
【定义】
如图1,AB为直线l同侧的两点,过点A作直线l的对称点A′,连接A′B交直线l于点P,连接AP,则称点P为点A,B关于直线l的“等角点”.
【运用】
如图2,在平面直角坐标系xOy中,已知A(2,√3 ),B(-2,-√3)两点.
(1)C(4,√3/2),D(4,√2/2),E(4,1/2)三点中,点______是点A,B关于直线x=4的等角点.
(2)若直线l垂直于x轴,点P(m,n)是点A,B关于直线l的等角点,其中m>2,∠APB=α,求证:tan(α/2)=n/2.
(3)若点P是点A,B关于直线y=ax+b(a≠0)的等角点,且点P位于直线AB的右下方,当∠APB=60°时,求b的取值范围(直接写出结果).
解析:问题(1)简单略过,主要看后两问。
我在《初中数学思维方法与解题策略》一书中总结了解题的四大基本原则:观察联想、猜测推理、可视化、简单化,这几者当然不是截然分开相互独立的,而是相互交叉有机融合的。我还提出了两种重要的思维方式:完形构造和全景思维,完形构造应用条件用足原理力求模型的完整性,全景思维培养多解择优意识力求思维的灵活性。
(2)问网上和教辅的解析多是通过△APF来求的,过程较为繁琐计算较为复杂。其实稍加观察就会发现,在下图的Rt△PMH中求解最为简洁利索,简直是秒杀的节奏,只用了一个简简单单的转化:∠PA′F=∠PMH=1/2∠APB=α/2,再求MN=1/2BE=m,MH=MN-HN=m-(m-2)=2,即得tan(α/2)=tan∠PMH=PH/MH=n/2。
那么这么好的解法怎样才能很快找到呢?先根据条件观察寻找等于α/2的角,图中有不少与α/2相等的角,选择哪一个用呢?做个简单的推理,PH=n,按题意则MH必为2,显然两边长度的表示简单易求,因此选择△PMH计算其正切值最为简便。这就是全景思维:看到多个图形、多向联系、多种思路,从而能够选择最优方案。很多同学在解题时往往一条路走到底,不反思这条路好不好走,有没有其它的路可以走,导致思路单一、思维定势,所以平时解题就要视野开阔,保持思维开放,进行全景式思考,培养多解择优意识,这样可以提高解题效率,同时提升思维的灵活性和发散性。
(3)问:首先由∠APB=60°判断是定线对定角模型,得点P在以AB为弦的圆上(AB所对的优弧),再判断直线y=ax+b(a≠0)随着P点变化是怎样运动的。我们知道,解决动态图形问题的策略是:“以静制动,动中寻定”,依据定义参照图1的方法画出图形,这里的直线作法实质就是作∠ABA′的角平分线(或作AA′的垂直平分线),如下图。
如果在做题时一时难以发现直线y=ax+b(a≠0)的变化特征,可以多画几个P点进行观察猜测,同时也进行了可视化处理:
通过画图会发现此直线在运动过程中始终经过一个定点,那么这个定点在什么位置呢?为什么会经过这个定点呢?结合条件和图形稍作推理计算可得∠BPC=60°,所以弧BC的大小是确定的,B是定点,所以C必是定点,易知△ABC是等边三角形。
图形的变化规律已经明朗,P点运动时直线PC实质是在绕点C旋转,所求b的取值范围只需看直线与y轴交点的位置变化情况,观察图形可以想像出,P点在优弧AB上从B至A运动时,直线与y轴交点先由BC与y轴交点处(不重合)向下无限下降,再从上方无限高处下降至直线AC与y轴交点处(不重合),实际运动情况如下图:
观察可知,直线与y轴交点在直线BC与y轴交点下方,在直线AC与y轴交点的上方,而且当PC平行于x轴时,a=0,故把此点舍掉。下面的问题就简单化为:求直线AC、BC的函数表达式。C点坐标通过“改斜归正”易得C(3,-2√3),再求得直线AC为y=-3√3 x+7√3,直线BC为y=-√3/5 x-7√3/5,所以b>7√3或b<-7√3/5且b≠-2√3。
本题也可以看A′点的运动轨迹是以AB为弦所含圆周角为30°的圆弧,所求直线为AA′的垂直平分线,所以必过圆心C,同样可知此直线过定点C,极端位置为直线AC、BC。
本题综合了轴对称、圆、等边三角形、一次函数等知识,考察空间观念及数形结合、分类讨论的思想方法,要顺利地解决这样的问题除了基本知识方法要扎实掌握,还要具备全景思维,看到题目所有条件信息并对关键部分进行聚焦处理,联系所学知识方法进行推理,根据问题情境构造恰当的模型不断加以转化,使复杂问题分解成一个个简单问题。学生要想拥有使问题简单化的能力可不简单哦,需要有计划地加以系统训练才能获得,笔者编著的《中考数学思维方法和解题策略》就是为了提供一个完整的指导训练方案,希望对各位读者有所帮助。第一批印本数量有限已基本售完,没能及时购得的朋友请等待修订再版。
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