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專業人士談數學解題方法複雜化

生活 更新时间:2024-07-01 11:37:56

《莊子·養生主》庖丁解牛的故事:差的廚師一個月就要換刀,他是用“砍”的方法。好點的廚師一年就要換刀,他是用“割”的方法。而庖丁總是遊刃有餘,解牛十九年未曾換刀, 何也?庖丁追求的不是一般的技藝,而是解牛之“道”,所謂“目無全牛”,“以神遇而非目視”。他解牛時循着牛的筋骨結構進刀、行刀、出刀,合乎舞蹈的節奏和音樂的韻律。

專業人士談數學解題方法複雜化(從庖丁解牛說起)1

解題與解牛是一樣的道理,庖丁解牛時目無全牛,所見的隻是牛的筋骨結構,我們解題時也應目無全題,見到的隻是題的邏輯結構。若隻見外在形式不見内在結構,便會迷于表象,難見本質。

數學綜合題如何尋找切入點和突破口?自然是根據題的結構特征。庖丁解牛,解的是各種各樣的牛,它們有共同的規律;我們解題,解的是多種多樣的題,它們也有共同的規律。

解題與解牛是一樣的道理,庖丁解牛時目無全牛,所見的隻是牛的筋骨結構,我們解題時也應目無全題,見到的隻是題的邏輯結構。若隻見外在形式不見内在結構,便會迷于表象,難見本質。

數學綜合題如何尋找切入點和突破口?自然是根據題的結構特征。庖丁解牛,解的是各種各樣的牛,它們有共同的規律;我們解題,解的是多種多樣的題,它們也有共同的規律。

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下面以一道難住很多同學的綜合性試題為例,來反思如何用解牛的道理來解題。

如圖,抛物線y=-1/2x^2-√3x 9/2交x軸于A、B兩點,交y軸于點C,點D為頂點,點E為點C關于對稱軸的對稱點。

(1)點D的坐标為______;點E的坐标為______。

易求答案(-√3,6);(-2√3,4.5)

(2)如圖1,若點P是抛物線上位于點E、D之間的一個動點(不與E、D重合),當四邊形DBEP面積最大時,求點P的坐标。

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(3)如圖2,連接AD、BD,直線BD交y軸于點F,連接AF,過點D作x軸的垂線交AF于點H,已知點R為線段AD上一動點,連接RH,将ΔARH沿RH翻折至ΔQRH,QH與直線AD的交點為S,若點Q落在直線AD的左側或直線AD上,當ΔQRH與ΔAHD重疊部分為直角三角形時,求R點的坐标。

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(4)在(3)的條件下,将RtΔRHS繞點S逆時針旋轉α(0°<α≤180°),記旋轉後的ΔRHS為ΔR1H1S,若直線R1H1分别與直線AD、直線AH交于點M、N,當ΔMNA是以∠MAN為底角的等腰三角形時,請直接寫出AM的長。

解析:庖丁解牛的故事告訴我們:弄清結構、循理而行,則事半功倍、遊刃有餘。數學解題的核心隻有一個:問題的邏輯結構。筆者所總結的解題八字策略:“加減、進退、分合、動靜”,正是根據題目的結構特征尋找切入和突破的總體原則。

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我們看第(2)問:在題目和圖形中你看到了什麼?僅僅看到四邊形DBEP肯定不夠,解題者還應看到這個四邊形DBEP需要分成切分成可直接計算的幾何圖形(如三角形等)。從圖形本身的表面來看,四邊形DBEP可以分成ΔPBD和ΔPBE,或分成ΔBDE和ΔPDE等。很多同學往往在此處彷徨不定難以抉擇,正所謂“歧路多亡羊”。為什麼會有似是而非的歧路?原因是隻看到問題表面的形式,而沒有看到背後的邏輯結構:

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邏輯推理是數學的核心,當我們運用推理的方法弄清問題的邏輯結構後,切入點和突破口就能迅速找到,思路瞬間清楚明了。就像本題,不少同學不辭勞苦地想辦法計算四邊形DBEP的面積,其實完全是多此一舉,隻要計算ΔPDE面積最大時P點坐标即可。愛思考的同學還會進一步推導簡化:ΔPDE面積最大隻要PL最大即可。然後你知道就可以轉化為基本問題:求PL的表達式計算其最大值,這就是本問題的最佳切入點。

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第(3)問:按照題目的變換方式想像出不同情況來讨論也不算太難,但就數學來說比想像力更重要的是邏輯推理。想像出具體圖形雖然直觀形像,但輸于不夠嚴謹明确,而且速度難以提升。我們若按重疊三角形三個内角分别為直角進行讨論,則可以很快畫出圖形得出結果。順便提一下,無用的背景圖形忽略不看,别給自己眼睛找麻煩(如本題的抛物線在後面已與問題的實質無關可直接忽略不看)。

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第(4)問最困難,困難在于旋轉的過程難以想像,符合條件的圖形難以畫出。有的同學無計可施,便剪一個三角形進行操作,直觀地看什麼時候符合條件。這種方法就相當于庖丁解牛中所說的“砍”與“割”的方法,沒有遵循規律和使用策略,既費時又費力,而且容易遺漏。我們要回到數學的核心方法:邏輯推理。畫圖不是全憑直觀想像,也需要邏輯推理。推理既要會“進”也要能“退”,“進”是從條件出發順推,“退”是從結論出發逆推。先假設滿足條件的圖形已畫出,觀察下圖:

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稍作推理:此時∠N=∠MAN=∠NAB=30°,所以MN∥RH∥AB,MN在直線R1H1上,也即RH旋轉後與自身平行,推得RH一定是旋轉180度,從而容易畫出圖形并計算。(推理依據:旋轉前後對應線段所在直線的夾角等于旋轉角。)

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同理,當∠AMN=∠MAN=∠ADH=30°時,MN⊥RH,因而應旋轉90度。

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另外一種情形依同法逆推旋轉角分别為30度和120度,再畫圖求得AM的長。

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邏輯結構是數學問題的核心,從條件到結論,或從結論到條件,都有其内在聯系。要想弄清問題的結構關系,就要進退有序順勢而為,則思路自通全盤皆活,切忌彷徨不安止步不前,否則易至一葉障目不見泰山。

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在解題教學領域,我們經常說的一句話“對于試題的切片化處理”也正是這個意思,“大題都是由小題組成,小題由’小切片’ 組成”,一旦把試題切的足夠(不是越細越好),就可以快速發現解題的關鍵點、快速找到學生的病因(錯誤原因),進而快速“治療”。

比如學生對老師說“這道題我不會,請幫我講一講吧?”一般情況下,老師會先問學生“哪裡不會”,然後再講解,但是大部分學生是不能精準的說出自己哪不會的,或者說的比較模糊。事實上,很多經驗不豐富老師也說不能精準的說出學生到底哪裡出了問題,這也是為什麼家長在向老師征求學習建議時,經常得到的答複是“多練題”,這種籠統的答案,說明老師自己對于試題的結構并不十分清楚,根本原因是對知識的維度分類不夠清楚。我們做老師的,每天在“敲黑闆、劃重點”,大聲喊着“知識點”,如果我們自己尚不清楚,那如何“根據不同的知識屬性,采用不同的教授方法呢?”

(說明:文章部分内容引用 談志國 數學大思維,若不當,留言,會及時删除)

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