思維能力培養非一朝一夕之功,需老師於每一堂課每一道題每一個知識點之中滲透、引導、點化。人的理性雖然與生俱來,但往往是潛藏不露的,仍需老師引導、發掘、訓練。未經訓練的人多依賴直覺和感性,憑記憶和習慣做決定,缺乏批判精神和理性思維。學生的思維方式和思考習慣要及早培養,一旦形成不良思維定勢要想改變將事倍功半。如解題時第一反應應該是分析與推理,而不是回憶與模仿。回憶與模仿是活在過去,屬於固定型思維,分析與推理是活在當下,屬於成長型思維。
問題是培養思維的基本工具,本文以一道經典題為例帶你探討如何用好一道題,充分發掘它在知識理解和思維方法諸方面的多種作用,達到以一敵百一通百通之效。
【原題】
已知:CN平分正方形ABCD的外角∠DCE,M是BC邊上的一點,MN⊥AM.
求證:AM=MN
【一、題中有法】
解題總策略:加減、進退、分合、動靜。
策略口訣:少則加之,多則減之,能進則進,難進則退,分析解構,整合組塊,以動破靜,以靜制動。
1.加法:少則加之,圖中有部分全等條件,將之添加補全即可得證。
法(1):如下圖,添加AC'=CM,得ΔMCN≅ΔAC'M。
法(2):作NF⊥CE,由∠FCN=45°得CF = NF,由∠B=∠NFM=90°得ΔABM∽ΔMFN,再由之繼續推導,如下圖。
2.動法:以動破靜。
法(3):由條件MN⊥AM,結論MN=AM,知其所在全等三角形是旋轉90度。如下圖所示:
我們可以換個旋轉中心,將ΔMCN繞點M逆時針旋轉90度,如下圖,作MC'⊥AC即可證ΔMCN≅ΔMC'A。
法(4):再換個旋轉中心,將ΔMCN繞點C逆時針旋轉90度,如下圖,可證由ΔMCN≅M'CN'再證四邊形AMM'N'是平行四邊形(兩組對邊平行)。
法(5):再換個旋轉方向,將ΔMCN繞點C順時針旋轉90度,如下圖,可證由ΔMCN≅M'CN'再證四邊形AMN'M'是平行四邊形(兩組對邊平行)。
法(6):再用翻變換,如下圖,考慮到延長AC後,CE平分∠NCN',把△MCN沿ME翻折,可證等腰△AMN'(AM=MN')。
法(7):與上圖相對應,考慮到延長NC,CB平分∠ACA',把△ABM沿BC翻折,可證等腰△MA'N(MN=MA'),如下圖。
法(8):把ΔABM逆時針旋轉90°,再作M'N∥BC、M'A'∥MN、M'C'∥CN,由∠A'=∠CMN=∠BAM得∠ΔABM∽ΔA'BM',且有平行四邊形MNM'A',CNM'C',CM=A'C',推導如下。
法(9):若把ΔABM旋轉如下圖(注意因為沒有等線,不可以直接旋轉,應作平行線B'M、B'N),請讀者自行推導。
3.進法:能進則進。
法(10):從∠AMN=90°前進,構造直角三角形,應用勾股定理。
4.合法:整合組塊。
法(11):連接AC、AN,出現四點共圓基本模型,由∠AMN=∠ACN=90°,知A、M、C、N四點共圓,易得∠ANM=∠ACB=45°,得AM=MN。
【
二、題中有題】原題還能延伸出其它相關問題嗎?
1.條件置換:把條件作對等變換,如線段上的點運動到其延長線上,正方形變為正三角形等。
(1)圖形中點M是BC邊上的動點,把M點的運動位置變換到BC的延長線上(如下圖),結論還成立嗎?上面的方法還能應用嗎?
(2)繼續把M點的位置變換到B點的左側時(如下圖),還成立嗎?
嘗試發現,不管是結論還是作輔助線的方法都完全一樣,證明過程也基本相同。
(3)把正方形變成正三角形。
已知:CN平分正三角形ABC的外角∠ACE,M是BC邊上的一點,∠AMN=60°.
求證:AM=MN
若把正方形變成其它正多邊形同樣成立。
2.條件疊加:附加其它條件和問題,使問題信息容量加大,綜合性更強。
(4)如下圖,連結AN交CD於F,連結MF,還可以得到哪些新的結論?
容易想到∠MAN=∠MNA=45°,再看有沒有包含已做過的圖形?MF與BM、DF有什麼關係?
請解答:添加條件“正方形邊長為4,DF=1,求BM的長。“
3.條件弱化:把條件的特殊性去掉,使之更一般化。
(5)猜想:AM=MN是因為正方形的條件使圖中存在全等關係,那麼正方形改為矩形,AM與MN還能保持相等嗎?CN平分∠DCE需要改變嗎?
題目原圖實質是等腰直角ΔABC進行相似變換得ΔAMN,由一轉成雙相似模型可推得ΔACN∽ΔABM,因此∠ACN=∠ABM=Rt∠,這是圖形的根本特徵,正方形條件只是提供了等腰直角ΔABC,D點擦去也無關緊要。
自然得出:如“正方形”變成“矩形”,“等腰直角ΔABC”中“等腰”的特殊性就沒有了,就會變成把“直角ΔABC”進行相似變換,如下圖,題目變為:
已知:矩形ABCD中,BC=2AB,M是BC邊上的一點,AM⊥MN,AC⊥CN.
求證:MN=2AM
再看證明方法,前面的方法可以再一次使用:作MF∥AC,構造相似三角形。
還有更簡單的方法:作以AN為直徑的輔助圓。如下圖:
(6)把M點的位置擴展到直線BC上,仍然成立。
題目中D點是多餘的,可以把題目精簡為:
已知:ΔABC中,∠B=90°,BC=2AB,M是直線BC邊上的一點,AM⊥MN,AC⊥CN.
求證:MN=2AM
(7)繼續一般化:
已知:ΔABC中,BC=nAB,M是直線BC邊上的一點,∠B=∠AMN=∠ACN.
求證:MN=nAM
【三、題中有理】
哲學思考是對世界的深度認識,解決問題的過程中可以體驗並感悟事物變化規律及其蘊含的哲理,培育理性精神和處事智慧。
上圖體現了事物的普遍聯繫,由MN⊥AM可知全等三角形的三組對應邊都是垂直關係,整個三角形是旋轉90度的關係。
下圖是ΔMCN繞M點旋轉90度。
下圖是ΔMCN繞C點旋轉90度。
下圖是ΔMCN沿ME翻折。
以上可以體現事物是在運動變化過程中產生聯繫的,並且運動方式是多種多樣的。
下圖可以看成是ΔMCN繞CM的中點旋轉180度,也可以看成是ΔABM繞B點旋轉90度,體現了系統結構中發展變化的和諧統一。
下圖是構造輔助圓,把相關元素集中到同一圓中,證法簡潔漂亮。圓具有最完美的對稱性,圓中的元素能產生豐富而緊密的聯繫,因此使問題清晰明瞭易解。
下圖把M點運動到BC的延長線上,結論與方法不變。
下圖把正方形換成正三角形,結論與方法不變。
以上可以體現同類事物的一致性和相容性。
下圖把正方形變成矩形甚至變成一般三角形,條件變化導致結論進行了相應變化,但換個角度看所變各題與原題的內在邏輯仍有共性:比值相等,保持AM:MN=AB:BC(正方形鄰邊比是1:1,矩形鄰邊比是1:n)。
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