初中数学解题策略指导(上)
来源:生长数学
如果用一句话概括解题的指导原则,那就是“条件用足,模型完备,问题必解。”
题中每个条件都要充分发挥其作用,通过构造完备的模型就能把条件与问题进行充分联结。
解题就是过河,条件是此岸,问题是彼岸,模型是连接此岸与彼岸的桥梁,而造桥的材料是在此岸寻找,桥的造法也要依据彼岸的特征。
可别小瞧了这个原则,有时做题往往想得太久想得太远,或受思维定势的影响,以致于偏离了方向,忘记了该从哪里出发,向哪里前进。
例1.如图,等边△ABC中,AB=6,D为BC的中点,E为△ABC内一动点,DE=2,将线段AE绕点A逆时针旋转60°得AF,则DF的最小值为 .
不少学生根据经验想到构造下面的手拉手模型,却发现无法解决问题,这是咋回事呢?
这是因为依靠经验和感觉解题具有较大的盲目性,并不能看清问题的真面目。稍加分析我们会发现,这里虽然有了手拉手全等模型,但它并没有把条件充分利用,如DE的长以及要求的线段CF并没有出现在模型中,以致这两个条件没有得到有效利用,不符合“条件用足,模型完备”的原则,所以可以推断这种构造方法是解决不了问题的。
本题中有的条件信息其实是打酱油的,与问题没有直接的关系,完全可以忽略,我们去掉BC两点看,对原问题的存在毫无影响,于是我们知道,等边三角形ABC只是作为背景条件用来确定AD的长度,其它并无用处。
好吧,我们把图形做个瘦身,会发现问题是如此简单明了!
很容易想到旋转60度构造双等边手拉手模型:
易得DF≥PD-PF=3√3-2,DF最小值为3√3-2。
这一原则的核心就是:找准关键条件,紧抓所求问题,构造模型以使其建立联系。从这个角度思考,我们就能得到很多构造方法,本题的关键图形是等边△ABC、AD=3√3、DE=2、求DF,等边△ABC为我们提供了构造模型的方式-旋转60度,AD、DE、DF为我们提供了构造模型的主体-把其中任意一条线段旋转60度。看看,题目条件既告诉我们怎样操作,又告诉了我们把谁进行操作,如下另有五种构造方式:
我们还可以再换一种模型来解决,“E为动点,DE=2”这个条件告诉我们什么?E点轨迹是以D为圆心2为半径的圆,F点与E点是主从联动关系,所以F点轨迹是把圆D旋转60度得到的圆P,这样DF的最小值转化为定点D到圆P的最短路径,如下图。
例2.如图,正方形网格中,格点线段AB、CD交于点M,则AM:AB= .
本题图中点M的位置由AB、CD共同确定,可以建立坐标系,利用A、B点确定直线AB的函数表达式,利用C、D点确定直线CD的函数表达式,再求交点M的坐标,M点横坐标与B点横坐标的比即为AM:AB的值。
也可以构造与AB、CD及M点相关的相似形解决,如下图:
利用图中的两对相似三角形很容易求得AM:AB的值。但此题作为考试题出现时,得分率较低,就是因为学生还没有明确的从条件出发构造相关模型的意识。
1.定变分析
题中哪些是常量哪些是变量?常量如何求?变量满足什么关系式?哪些是定点哪些是动点?定点如何确定?动点能确定运动轨迹吗?图形的形状确定吗?图形的大小确定吗?数量或图形之间的依存关系是什么?
定变分析帮助我们判断哪些量是可求的,哪些量是不可确定的,从而明确解题的下一步思路.
例3.以点O为直角顶点作两个直角三角形,分别为ΔAOB、ΔCOD,其中∠B=30°,BO=2√3,E是OD上一点且OE=1,P是线段AB上一个动点,
当ΔAOB绕点O旋转时,PN的最大值为 ,最小值为 .
结合问题观察推理,ΔCOD的形状大小与本题要求的问题有关系吗?显然并没有半毛钱关系,可以直接忽略不看,因为PE的长度只和其中的OE有关。再看ΔAOB已知两角一边,它的形状大小都确定,又P点是AB上动点,所以P点轨迹首先是线段AB。ΔAOB绕点O旋转时,AB绕点O旋转,AB是动线段,它的运动轨迹也是可以确定的,显然它旋转一周形成的轨迹是圆环,如下图:
注意内圆半径是O到AB的距离,即AB边上的高,因ΔAOB大小确定,高OH亦可确定。
现在我们把那个捉摸不定的动点P确定下来,P点可以看成是圆环内(包含边界)的任意一点,问题转化为E到圆环的最大最小距离,变成一个非常简单的求点到圆最值的基本问题:
显然OP最大为:大圆半径+OE=2√3+1,最小为:小圆半径-OE=√3-1。
本题还有更简洁的思考策略,ΔAOB相对于OE旋转了一周,若ΔAOB不动,把线段OE旋转一周,它们之间的关系是相同的。这里E点轨迹是以O为圆心1为半径的圆,转化为线段到圆的路径最值问题:
从更宏观的角度看,这里E点的位置和P点的位置都是不确定的,但它们的轨迹是确定的,又可以看成圆到圆的路径最值问题:
以上解法的本质是通过寻找轨迹把不确定的点限定在一定范围,并以确定的图形把它呈现出来,从而转化为已知的常用模型来解决,这体现了定与变的相对转化:变量可以由确定的关系式来限定,动点可以由确定的图形来限定,定值和定点都可以由特定的模型而求解。
2.方程解析
笛卡尔说过,一切问题都可以转化为数学问题,一切数学问题都可以转化为代数问题,而一切代数问题都可以转化为解方程!建立方程式求未知量的值是解决数学问题的通用策略,在坐标系中求未知点坐标也常常利用函数简析式建立方程求解.确定n个未知数的值需建立n个方程式;确定两个图像的公共点需求出两个图像的函数解析式.
例4.如图, ΔABC的内切圆与各边相切于点D、E、F,∠A=60°,BD=m,CD=n,用m、n表示ΔABC的面积.
首先根据切线长定理可知图中线段的相等关系:
这样各边中仅有AE(AF)是未知量,但我们再由条件∠A=60°可以建立方程求得未知量与m、n的关系,最后便可以用m、n表示面积。用什么模型建立关系呢?这里有特殊角度,而且需要求面积,我们自然可以想到构造相关直角三角形:
我们还可以用内切圆半径与三角形面积关系建立方程: