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邹生书——立体几何最值问题的几种处理策略

邹生书 邹生书数学 2022-07-17

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邹生书,男,1962年12月出生,本科学历,理学士学位,中学数学高级教师,黄石市高中数学骨干教师。主要从事高中数学教学、高中数学解题研究和探究性学习等。从2007年8月到2018年8月,在《数学通讯》《数学通报》《数学教学》《中学数学》《中学数学教学》等,二十多种学术期刊上发表解题和探究性学习文章300余篇。


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立体几何最值问题的几种处理策略

湖北省阳新县高级中学       邹生书

     本文赏析三道立体几何中的线段或其线段线性和最小值试题,从中领略立体几何最值问题的几种处理方法。这几道题目设计巧妙,题目因解法而精彩,既可用代数法求解也可用几何法巧解,试题与解法如下。

点评:本解法通过建系设点和两点间的距离公式,将空间线段和和的几何最值问题转化为一元无理函数的最值问题,本可以用导数工具求解,这里通过式子的结构联想,再次通过平面直角坐标系巧妙设点:一个在x轴上的动点M和两定点E,F,并且E,F在x轴的两侧,由两点之间线段最短便可求得最小值。若两定点在x轴同侧,则问题变成了“将军引马”问题,求最小值时,要作其中一点关于x轴的对称点,将x轴同侧转化为异侧问题来处理,这样反而将问题复杂化了,注意这种异侧设点法给解题带来的好处。

上述解法,从几何到代数,又从代数到几何,解法思维跳跃性大,迂回曲折,其实,转化为两个二次根式之和后,还可以用柯西三角不等式直接求解,解法如下。

另解:柯西三角不等式:

点评:代数法,门槛低,切入容易深入难,需要一定的运算求解能力;几何法,化空间为平面,化折为直,门槛高,起点高落点低,需要一定的空间想象能力和逻辑思维能力。

解法2:几何法求解,化空间为平面,化折为直

由图形易知四边形ABC1E为直角梯形,PB+PC1的最小值问题,实际上是平面上的”将军引马”问题.立几搭台,平几唱戏。

分析:由图形易知,所求和与之相关的信息全部集中在△AB1C1上,于是我们完全可以将△AB1C1从立体图形中抽离出来处理,可见,这又是一个立几搭台,平几唱戏的问题。这个问题较为特别,有人称之为“胡不归”。

解法1:坐标法切入,判别法求解

   赏析:这里的代数法也就是坐标法,并不是纯粹的代数法,解法涉及数形结合思想和一些几何知识,只是代数的成分较多。这里用最后用判别式法求最值,也可用导数法求解。几何解法形象直观,几何解法的基本思路是将系数不等转化为系数相等,最终转化为两线段的最小值问题来解决,难点与关键是如何转化。2PM+2MN中两线段前面的系数不等其比值为2,那么在已知图形中寻找比值为2的两条线段显得很重要,顺着这一想法,我们容易发现AB1C1的两直角边之比为2,于是问题解决就有了突破和转机。细心观察,挖掘隐藏,寻找突破,实现转化。


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