初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

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捆綁在我們生活中經常見到,比如我們現在的很多支付方式,一些商家辦的會員卡積分,一些APP和手機綁定等等,數不勝數,在我們數學中捆綁也是常見的現象。

我們來看一道小學就學的計算題:(7-4)×5,有乘有減為什麼先算減法?因為7和4捆綁了。

接下來看看捆綁在解題中的妙用。

1:

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

1

第一空比較簡單,我們不作研究,重點在第二空,你怎麼看?找規律當然是通法,計算量有些大。

接下來我們換一個角度思考。∆AB1C1可看作∆ABC關於點A作位似變換,下面將∆ABC與內接正方形捆綁,那麼兩個正方形其實也是作位似變換,且相似比與三角形一致。三角形的相似比是底邊B1C1:BC,而正方形的相似比是邊長B2C2:B1C1,而這個比恰恰又是下一對三角形的底邊之比,換而言之,相鄰兩正方形的相似比為定值。接下來BnCn便能呼之欲出了。

小結:將三角形與其內接正方形捆綁,找共性。

2:

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2

這道題的解析也是不斷計算各個面積,找規律。其實容易發現相鄰兩個正方形的比值是定值。現在將陰影部分與正方形捆綁,那麼陰影部分的相似比也是這個定值。等比數列已知首項和公比就能表示通項。

例1:

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例1

嘉興這幾年連續在填空壓軸位置放路徑問題,就如重慶喜歡正方形,天津喜歡作圖,哈爾濱喜歡圓壓軸,可惜今年嘉興中考放棄了這個堅持。

第一題確定性分析:∠HBC定,∠BCH定,BC定,則∆BCH定,BH可求。接下來解三角形即可。

本道題第二空的難點在於對點H運動路徑的判斷,這甚至讓很多老師無從下手,我還是看到許多老師最後藉助幾何畫板……有一點很清楚,學生考試是不能用幾何畫板的。

網上還有一些解法,以構造為主,或許講了學生能懂,再做還是困難重重的。

我的想法是怎樣思考比較自然?即使要用輔助線也是自然生成。我在群裡發過一次解法,當時也有老師問起怎麼想到的,所以趁這個機會和大家一起交流。

首先確定性分析。這個意識老師和學生都要有,任何幾何動態問題首先要進

行確定性分析。點H是AB和DF的交點,AB定,DF動。於是目光就要轉向DF,

顯然DF繞點G做逆時針旋轉。那麼它的運動有著怎樣的規律?

對於一條直線的定位一般有兩種方法:(1)兩點法;(2)點角法

這裡用點角法很容易作出下面的圖形:

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接下來將DF與圓G捆綁,則DF為弧MN上的動切線。還有一個細節,考慮兩點法,點F的對應點F’必定落在AB上,這是一個特殊位置應當關注。

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再來看整張圖:

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

H是AB和DF的交點,DF為弧MN上的動切線,

關鍵點1:初始狀態,DF與圓的切點為M,此時AB和DF的交點為H1

關鍵點2:DF繞點G旋轉,交點H向AB方向移動,逐步達到圓與AB的交點H2

關鍵點3:DF繼續繞點G旋轉,交點H向BA方向移動,終止狀態,DF與圓的切點為N,此時AB和DF的交點為H3,即H由H1(CD與AB的交點)到H2(⊙G與AB的交點)再到H3(點N處切線與AB的交點),大家看,H的路徑非常自然地“現行”了。接下來只需解三角形就能解決

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回顧一下剛才的想法,捆綁是手段,而核心是圖形的確定性。

於特也說過“幾何構造很美妙,幾何構造傷不起”,學生不易掌握。上述所用的方法從確定性入手,思維過程比較自然,當然關鍵還是在於教師平時課堂有沒有引導學生進行確定性分析,而不是某一道題目突然拋出。

上題可以稱為直線型來回路徑

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

第一空比較簡單,當時的設計也是為第二空做鋪墊。手拉手模型易得∆ABD~∆ACE,則有∠BPC=30°

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第一空更為重要的是帶來了點P的軌跡這一“戰利品”:以AC中點O為圓心3為半徑的圓。

第二空還是先確定性分析。點P如何產生?BD和CE的交點,但是這兩條線都在動,怎麼辦?

第一題帶來了春天,P亦可看作BD和圓O的交點,BD動,圓O定,接下來研究BD。

B是定點,D是動點,D怎麼動?D在以A為圓心AD為半徑的定圓上運動!於是將BD與圓A捆綁,BD是圓A的動割線(或切線)

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

關鍵點1:P從A(起點)出發,按順時針方向旋轉

關鍵點2:

當BD與圓A相切(右)時,P達到第一個極端位置P1

關鍵點3:P從P1按逆時針方向旋轉,當BD與圓A相切(左)時,P達到第二個極端位置P2

關鍵點4:P從P2按順時針方向旋轉,回到點A(終點)

計算就容易了,易得∠ABP1=30°,L=4π.

本道題的命題意圖當時也寫了一下,和大家分享:

本題以特殊三角形中位線為背景,似曾相識,由易到難,要求學生經歷分析、猜想、探究、證明、計算等過程,對學生的幾何思維能力要求較高.題目融合圖形旋轉、直角三角形、中位線、相似三角形、圓、三角函數等初中幾何領域核心知識,考查了學生綜合運用知識、作圖探究、分析問題、簡化問題的能力。

下面再來一道2017浙江地區的壓軸解答題,這道題十分漂亮,大家先看看,今天解決的是第(3)小問:

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

下面來探討第(3)問的解法。這個問題首先會涉及兩處分類:(1)點P在CD,AD,AB三個位置;(2)M的對應點M’可以落在x軸與y軸上。

情況一:當P在CD上時,先定性分析:若M’落在y軸上,四邊形M’GMP必為正方形,PM=6,GM<6,這裡用“邊”很容易判斷是不可能的。

而落在x軸上直觀判斷是可行的。如果可行點M如何定位?

接下來確定性分析。G是定點,P、M是動點,那麼M運動有何規律?

不難發現M的對應點M’落在x軸上,它的軌跡是一條直線,於是將M’與x軸捆綁,翻折回來得到點M的軌跡必然也是直線。於特喜歡把它稱作“反手勾拳”。

下面我們來探討如何定位這條直線

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

很顯然點M所在的直線是把x軸作關於PG的軸對稱變換得到,但是PG的定位有一定的難度,況且問題本身就是要求P的座標,憑直覺不是明智之舉。那怎麼辦?

乾坤大挪移。思維轉化。

點P不定,但點G是定點。於是我們不妨將直線看作是由x軸繞點G順時針旋轉2∠OGP的度數得到。把軸對稱轉化為旋轉,其效果是等價的。而我們只需要解決∠OGP的度數便能順利對直線定位。

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

所以我們就研究其中一個圖形即可:

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下面介紹幾種方法:

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

方法1

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

方法2

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

方法3

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

方法4

情況二:當P在AD上時,kPG=kAD=-2,四邊形M’GMP不可能為正方形,故M’不可能落在y軸上。之前的情況用邊來判斷是否為正方形,這裡用的是角,比較方便,而上一種情況用邊來判斷,題目很美妙。

繼續分析,當P在GA上時顯然M’不可能落在x軸上,而當P在DG上時有可能使M’落在x軸上.

接下來的思考方式仍與之前一樣,仍然可以確定性分析,即用旋轉來代替軸對稱。這種情況的數據也很有意思,tan∠M'PG=tan∠MPG=1/2.熟悉12345的話直接口算了。

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

前面提到的四種方法都可以用,相對來說對角互補比較易算。

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情況三:當P在AB上時,顯然M’不可能落在x軸上,有可能使M’落在y軸上.易得四邊形M’GMP是正方形,此時P(2,-4)

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下面是最後一道題:

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我們著重研究第(3)題,這一小題當時的評分標準如下:

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評分標準裡的答案非常簡化,以致於這道題的得分率是比較高的。在很多學生都能做對的情況下,我有兩個疑惑:

(1)當E在直線AC上移動時,BE:EF的比值是否改變?

(2)對稱點E’的個數為何只有一個?

學生雖然做對了,但是這兩個疑惑,尤其是第二個,學生真的明白?

下面由我的一位學生來回答這兩個問題,當時我在課堂點出了疑惑,學生當場解決(這位學生二模考了滿分,被嘉興最頂尖的高中提前錄取),下面我把學生的解釋還原。

解答一:當E在直線AC上移動時,BE:EF的比值是否改變?

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

解答二:對稱點E’的個數為何只有一個?

將E’與對稱軸捆綁,點E是由點E’繞點B順時針旋轉正切值為24/7的角度(∠MBN)得到,將對稱軸繞點B順時針旋轉正切值為24/7的角度得到直線

,則點E必在直線L上.而點E又在直線AC上,故點E唯一確定.

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這裡的24/7是這麼得到的(矩形大法):

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這兩個半倍角組合很美妙:

初中數學 “捆綁”在解題中的妙用

命題老師看到這個數據一定會有所聯想

最後這個問題的解決並不難。只需構造K型圖即可。

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但是答案背後隱藏的東西卻值得深思。

這種類型的翻折問題近幾年似乎比較流行,2018年深圳的壓軸解答題也考了類似的問題,最後兩問都可以用捆綁解決,如果再配合12345、矩形大法、增量巧設這些絕招就可以“一路順風”了。有興趣的老師可以去做做。

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