初中数学解题策略指导(下)
3.设参列式
题中存在较为复杂的数量关系时,我们可以设出合适的参数,再用此含参数的代数式表示相关数量,以方便寻找新的关系和结论。
例5.正方形ABCD中,E、F分别是BC、CD边上一点,CE=3,DF=2,∠FEC=2∠BAE,求正方形边长.
题中条件“∠FEC=2∠BAE”直接看不出下一步结论,我们先设∠FEC=2∠BAE=2α,则∠BEA=90°-α,再得∠AEF=180°-(90°-α)-2α=90°-α,可得结论∠AEF=∠BEA,这个结论一旦出现,下面的思路就容易了,构造翻折型全等,容易在ΔCEF中根据勾股定理求得正方形边长。
例6.如图,正方形ABCD边长为2,E是正方形内一点,CE=BC,EH⊥BC于H,点P是RtΔCEH内心,则DP的最小值为 .
本题中P是动点,我们通常先考虑P点的运动轨迹,用“动中寻定,以静动”的方法,动点的运动轨迹是由定值(定点、定长、定线、定角等)确定的,设∠PEC=α,∠PCE=β,则∠PHE+∠HCE=2α+2β=90°,α+β=45°,所以有定角∠CPE=135°,但ΔCPE是运动的,这时条件“CE=BC”就派上用场了,可得ΔCPE与ΔCPB全等,∠CPB=∠CPE=135°,产生了“定边对定角”模型,可知P点运动轨迹是BC为弦的弧,顺利转化为基本问题:点到圆的最短路径。
本题中利用参数α、β的关系求得定角∠CPB=∠CPE=135°是关键的一步,可见设参列式是寻找数量关系的一般策略。
4.完形构造
模型化是数学中重要的思想方法,数学问题都是通过构造数学模型解决的,这里可分为三个层次:
(1)组形:当题中已经具备完整的模型,识别相关元素并组合构造成特定数学模型。
例7.已知RtΔABC中,∠ACB=90°,∠A=30°,BC=6,BD⊥AB,M是射线BD上一点,CN⊥CM交AB于点N,求MN的最大值。
根据条件识别图中具备ΔACN与ΔBCM相似,从而构成“一转成双”模型,寻得另一对相似ΔMCN与ΔBCA。
由于线段MN两个端点都是动点不易确定其最小值,可转化为求CM的最小值,即为定点到定线模型,当CM⊥BD时最小,此时CM=3,MN=6。
(2)补形:当题中的模型残缺不完整时,添加补充合适的元素构造完整的数学模型。
例8.正方形ABCD边长为4,E、F分别是AD、BC上的点,且AE=CF,作AP⊥EF于P,求DP的最小值。
看完本题,我们应会感觉到已知图形太单薄,一定是需要补充点什么,由AE=CF且AE∥CF我们想到“X形”全等模型,如下图可得AO是定线。
再由∠APO=90°形成“定线对定角”模型,知P点轨迹是圆弧,问题即为“定点到定圆”的最短路径问题,如下图自然易求DP的最小值。
(3)变形:当题中的条件孤立隐蔽无联系时,把题中关键元素进行运动变换从而构造出新的数学模型。
例9.如图,F是ΔABC的中点,以AB、AC为斜边作RtΔABD和ΔACE,∠ADB=∠AEC=90°,∠BAD=∠CAE,求证:DF=EF.
题中DF、EF所在的图形没有现成的模型,无法产生联系,因而需要用变换的方式进行构造。题中有丰富的相等关系,可以猜测判断应该构造的模型是全等三角形。我们从中点条件看,常用的变换方式有:以线段端点为中心1:2缩放或以中点为中心旋转180度,分别可构造“A”形相似或“X”形全等。
①分别以点B、C为中心把ΔBDF和ΔCEF以1:2放大,构造“A形”相似(即倍长BD、CE):
同时出现“手拉手”模型:
②分别以点B、C为中心把ΔABC以2:1缩小,构造“A形”相似(即取AB、AC中点):
同时出现“斜边中线”和“SAS全等”:
③以点F为中心把ΔBDF旋转180度,构造“X形”全等(即倍长DF):
同时出现“一转成双”型相似和“斜边中线”:
根据此图还可推得∠EDF=∠BAD=∠CAE,∠DFE=2∠ABD=2∠ACE。
下图是以点F为中心把ΔCEF旋转180度,构造“X形”全等(即倍长EF):
④以点F为中心分别把ΔADF、ΔAEF以1:2放大,构造“A形”相似(即倍长DF),同时出现“X形”全等和“SAS”全等:
完形构造是解决数学题的通用策略,思考问题时要把题目条件与数学知识与模型相联系,根据需要补充辅助元素构造完整的数学模型,问题便可得以解决。
1.归纳应用:从简单情形入手,归纳一般规律以解决复杂情况,多用于解决数、式、图的排列与计算问题。
例10.古希腊数学家把1,3,6,10,15,21,……叫做三角形数,第100个三角形数为 ,2016是第 个三角形数。
相邻数据的差是等差数列,符合二阶等差数列特征:(1)1=1;(2)3=1+2;(3)6=1+2+3 ;(4)10=1+2+3+4;……(n)1+2+3+……+n=n(n+1)/2,利用此关系式得第100个数为5050;2016是第63个数。
例11.求下列式子的结果:
原式数据太多,而且数的排列具有规律性,我们先从简单情形进行计算归纳规律:
从而得出它的结果是三角形数,第n个式子的结果为n(n+1)/2,n=100时得结果为5050.
2.轨迹定位:问题中出现未知点或动点时,先确定该点的所在轨迹,再转化为与轨迹图形相关的问题加以解决。
例11.四边形ABCD中,BC=6,AB=AD,∠BAD=60°,∠BDC=45°,求AC的最大值。
图中有“BC=6,∠BDC=45°”,符合“定线对定角”模型,可判断D点在以BC为弦所含圆周角为45°的圆弧上:
D点是主动点,A点是从动点,A点由点D绕点B逆时针旋转60度所得,由“主从联动”模型,可得点A的轨迹为弧BDC绕点B逆时针旋转60度所得的等弧,圆心同样为点O绕点B逆时针旋转60度而得的点E:
这样CA的最大值转化为“定点到定圆”的最大路径问题,即为CE+AE的值。
换一种角度,把ΔABC绕点B顺时针旋转60度至ΔDBP,得DP=AC,同样可转化为定点P到定圆O的最大路径问题。或直接在ΔDOP中三边满足DP≤DO+OP,即可求得DP的最大值。
例12.已知抛物线y=-0.5x2+3x+8与x轴分别交于点A、B,D(3,0),E(0,5),抛物线上有一点P(异于B点)满足ΔPDE的面积与ΔBDE相等,求P点坐标。
由ΔPDE的面积与ΔBDE相等可知P点到DE的距离与B点到DE的距离相等,可确定P点所在直线是两条到DE的距离为定长的平行线,利用直线与抛物线相交可求得P点坐标。
如图,由OM:OD=OB:OE可得OM=10/3,DN=DM=25/3,可求两条直线解析式分别为y=-5/3x-10/3、y=-5/3x+40/3,再由解析式即可得P点坐标。