《上集》中题目中的“不变角”太明显了,只要同学们有“变化中抓不变”的解题意识,狠抓这些“不变角”,借助等腰三角形“三线合一”辅助线,比例口算列方程即可轻松搞定!
但有时候“不变角”比较隐蔽,需要同学们首先树立主动寻找它们的意识,才有可能发现这些特殊的不变角,我们来看看下面这道例题!
二、隐性的“不变角”
例2:(题目来源:高邮市赞化学校九年级中考指要,2015年湖南怀化中考压轴题)
如图2,已知Rt△ABC中,∠C=90°,AC=8,BC=6,点P以每秒1个单位的速度从A向C运动,同时点Q以每秒2个单位的速度从A→B→C方向运动,它们到C点后都停止运动,设点P,Q运动的时间为t秒.
(1)在运动过程中,求P,Q两点间距离的最大值;
(2)经过t秒的运动,求△ABC被直线PQ扫过的面积S与时间t的函数关系式;
(3)P,Q两点在运动过程中,是否存在时间t,使得△PQC为等腰三角形?若存在,求出此时的t值;若不存在,请说明理由.
简析:对于前两问,笔者这里简单提两句:动点P的路径是“直来直去”的,属于“单轨”,而动点Q的路径则发生了变化,属于“多轨”;
直观上就知道下面的问题都要分两种情况去讨论,画图分析;
另外对于第(1)小问除了可以分类画图分析用t的代数式表示出PQ的长,其实也可以几何直观就知道,当点Q运动到点B时,即当t=5时,PQ最大;
而这种动态问题中的直观能力,可能比会用代数式表示出PQ更加重要,需要同学们认真反思并掌握;
对于第(2)小问,要结合PQ的生成过程,仔细思考出什么是PQ扫过的面积,这一点是解决此问的前提;
下面重点分析第(3)小问中涉及的“等腰三角形存在性问题”:
下面一道圆与等腰三角形存在性问题综合性问题,完全摘自本人作品《圆与等腰三角形存在性问题综合一例————浅谈确定性思想及因果关系分析法》,这里每张图的序号依然保留原文中的序号,可能与前文有冲突,请无视!
第(1)小问及第(2)小问不再赘述,具体详见本人作品《圆与等腰三角形存在性问题综合一例————浅谈确定性思想及因果关系分析法》;
其中,易求得⊙M的半径为5,EB=6;
这里重点摘录第(3)小问的过程(以不变应万变,巧用比例口算):
解题前,我经常会“扪心自问”:在这个问题中,哪些元素是确定性的?哪些元素是变化着的?这些变化的元素之间又具备怎样的因果关系?在变化中又有哪些不变的量?
是的,我会紧扣“确定性思想”及“因果分析法”,再结合“以不变应万变”的解题策略进行,具体操作如下:
第一步,我会想“哪些量在变?谁随着谁的变化而变化?”:很明显点P、R在动(其他的点都是定点),且R随着P点的运动而运动,也会随着P点的确定而确定,这就导致了△CRE在也在变化,不妨称点P是“主动点”,点R是“从动点”,△CRE是“从动三角形”,此题问的就是“当P点运动到什么位置时,△CRE为等腰三角形”,也可以说成是“当△CRE为等腰三角形时,点P运动到什么位置,即EP为多长”.
第二步:知道了题目提问的目标三角形△CRE在变化后,我会继续追问“在这个三角形变化的过程中,有哪些不变的量”!不管怎么变化,△CRE三个顶点中C、E两点始终不变,导致始终有一条边CE保持不变,另外还总有一个内角∠ECR始终保持不变,这就是解题的关键所在,抓住此不变的角,用好此角所在的直角三角形三边最简整数比,则可以使问题的解决事半功倍.
第三步:抓住上面的两个不变量,即不变的边CE及不变的角∠ECR画图分析,这里可以直接运用“连续变化的思想”,假设点R从C点到B点连续运动,去寻找符合△CRE为等腰三角形的点R,也可以借助尺规作图,利用经典的“两圆一线法”寻找到点R的精确位置,找到后再想办法求解,模型如图13所示,找到符合条件的三个点R1、R2、R3.
第四步:利用上面找到的三个点R,分三种情况,依依求解,在求解中仅仅抓住∠ECR为不变角(从而其所在直角三角形的三边之最简整数比也是确定的)及CE的长也是确定的.
由∠ECR=∠EAB,且Rt△EAB三边之比为EB:EA:AB=3:4:5,知∠ECR所在的直角三角形三边之比也一定恒为3:4:5.这个方法本质上就是相似,但我之所以称之为“比例法”,单独拿出来说,是因为在学生解题过程中,无论是计算(包括口算)还是分析思路方法,都能起到意想不到之效,当然书写上不太规范,仍应该按相似写法或者三角函数来书写,这就是我跟学生经常讲的,“相似-三角-比例”本就是一家!具体操作如下:
总结反思:
在很多数学问题中,尤其是动态问题,“以不变应万变”,抓住不变量是一种核心的数学思想方法.“万变不离其宗”,解题中,若是能有效地抓住那些不变的要素,搞明白问题的“来龙去脉”,往往就能够抓住要害,达到不可思议之效.本文拟从两道等腰三角形的存在性问题为例,抛砖引玉,盼读者能够体会到这种“动中有静”、“动静结合”的行之有效之法.
站在“抓运动中的不变量”的数学思想高视角下,来审视上面的所有问题,包括其他相关的动态问题,其实都是“大同小异”!站得高,望得远!只有“会当临绝顶”才能“一览众山小”!
很喜欢波利亚大师的一句名言:“没有任何一道题是可以解决得十全十美的,总剩下些工作要做,经过充分的探讨总结,总会有点滴的发现,总能改进这个解答,而且在任何情况下,我们总能提高自己对这个解答的理解水平!”
值得一提的是,正文中来自《中考指要》上的例2,其实在本人的课堂上,并没有想到这种几何法,组内同仁当时还问我除了代数计算外有没有其他好方法,当时我也答不上,但是就在我想整理此专题的时候,灵感一闪,想起了课堂上跟学生做前两问,包括第(3)小问代数法的时候,有个比例1:2:,而且反复再用,于是灵感一闪,这不就是我要寻找的“不变角”嘛!只不过稍隐蔽了而已,思考是一件多么有趣的事啊!
(下集完!)
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