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手拉手模型最值的进一步探讨

刘护灵 19.9.18 geogebra与数学深度融合 2022-07-17

最近看到人民日报《媒体刊文:数学思维今何在?》一文,里面指出:

中国科学院数学与系统科学研究院副研究员周川认为,数学的本质在于数学思维。“数学思维是指在思考和解决问题过程中对数学思想、方法的合理运用能力。数学思维不是一种知识,而是一种能力。数学思维是搭建数学世界最重要的根基,不管是纯粹的数学学习与数学研究,还是把数学工具应用到其他领域,数学思维都发挥着重要作用。”周川说。

如何拥有数学思维?

数学思维如此重要,怎样才能获得?做题是首要途径。

周川对记者表示,做题的目的是为了检验对知识的掌握情况、强化对知识的认知理解、开拓思维。任何科学研究,都是一个不断试错的过程,数学研究也不例外。“面临一个数学问题时,通常会大胆假设,发散思维,尝试多种不同思路,小心推演证明,看看哪条思路可行且漂亮。”周川说,“做题可以帮助数学工作者加深知识理解、开拓创新思维、刺激新颖想法,这些对于科研工作大有裨益。”

周川认为,数学研究不会一帆风顺,对于真正的难题,通常容易想到的思路与方法往往并不奏效,这就需要在数学研究中保持足够的勇气与毅力,遇到困难要有“逢山开路、遇水搭桥”的魄力,努力前行直至目的地,虽然这个过程可能会很漫长。

今天整理电脑素材的时候,发现之前谢老师给我的两道初中难题如下:

先看16题:

16. 如图,点C为线段AB的中点,E为直线AB上方的一点,且满足CE=CB,连接AE, 以AE 为腰,A为顶角顶点作等腰Rt△ADE,连接CD,当CD最大时,∠DEC=

分析:这个图形如何做出来?由题意“点C为线段AB的中点,E为直线AB上方的一点,且满足CE=CB,”说明点E是在以点C为圆心,半径为CA的圆上运动。

动态图形如下:

要求“当CD最大时,∠DEC=”,那么什么时候CD最大呢?一开始看不出啊!

随着点E的运动,点D的运动轨迹是什么呢?

跟踪一下点D的运动吧!

即静态图形如下:

即点D的运动轨迹是一个圆,而且“目测”这个圆和三角形ACE的外接圆大小相同。那么这个点的所在圆的圆心是多少?如果能找出圆心,那么CD的最大值就是过圆心的的线段。

再看看动态图:

静态图形如下:

只要把三角形ECA逆时针旋转90°到三角形DHA的位置,连接HC,由旋转得到全等三角形,证出三角形HAC也是等腰直角三角形,所以这是两个等腰三角形的手拉手模型的逆向应用。

当且仅当D、H、C三点共线时,CD最大,如下图:

此时∠DHA=135°,从而∠ADH=∠DAH=22.5°,由全等得∠CAE=∠AEC=22.5°,

所以所求的∠DEC=45°+22.5°=67.5°.

其实,从上述解题来看,不用点D的轨迹图形,如下两图:



解题的过程完全一样。只是有了点D的轨迹图形,我们更加清晰的看到“题目的本质是怎么样的”。

笔者作为在高中教过15年的老师,其实一开始的想法是高中三角函数的解法。

如下:

当然这个解法所用的知识有余弦定理、三角函数的恒等变换等,初中学生是暂时看不懂的。这也说明,不是教过高中的老师就能天然的能教好初中。不钻研,不思考,不学习,也未必能对初中的问题轻易解决,更何谈去教好初中学生。反过来,如果教初中的老师能多站在更高的角度思考初中的数学问题,或许能对问题的本质更加了解清楚,从而为编制变式练习或试题提供方便。

某帮的解答如下:

笔者认为这样构造强行构造辅助线——产生手拉手模型全等的方法,学生会问:你是怎么想出来的?
对,你是怎么想出来的?是凭据什么想出来的?这些是搞好教学的好问题!
另外的15题我当时已经做出并得出答案,和广州2019年的填空题15题类似,也非常好玩。有空再写吧。

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