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活用解题策略方入思维胜境

2014-03-20钱德春

中学数学杂志(初中版) 2014年2期
关键词:三边本题线段

钱德春

中考压轴题往往是初中数学解题的制高点,也是思维的制高点。这种制高点在哪里?“在常规思路无能为力的地方,在需要预测、直觉、估算、转换视角、合情推理等思维方式参与的地方”[1]。那么,如何达到制高点呢?近几年,不少中考数学试题在考查学生解题策略和思维能力方面有所体现。现以泰州市中考数学压轴题为例,谈谈达到数学解题与数学思维制高点的策略.

1退一步,海阔天空

“以退为进”最早见于汉·扬雄《法言·君子》:“昔乎颜渊以退为进,天下鲜俪焉。”意即:以退让的姿态作为进取的手段。“以退为进”作为一种策略,也常用于数学解题思路分析,2012年泰州中考卷第28题就较好地体现了这种策略.

例1已知一次函数y1=kx+b的图像与x轴相交于点A,与反比例函数y2=c1x的图像相交于B(-1,5)、C(512,d)两点。点P(m、n)是一次函数y1=kx+b的图像上的动点.

(1)求k、b的值;(k=-2,b=3,一次函数:y1=-2x+3)

(2)(略);

(3)设m=1-a,如果在两个实数m与n之间(不包括m和n)有且只有一个整数,求实数a的取值范围.

本题第(3)小题为4分,考试平均分仅为0。12分,得分率仅3%。是什么原因导致这样的结果呢?调查发现:大多学生(甚至不少教师)因找不到切入口而无从下手.

将(m,n)代入y1=-2x+3,由m=1-a,可求得n=1+2a。不妨退后一步思考:既然“在两个实数m与n之间(不包括m和n)有且只有一个整数”,至少可以说明m≠n,从而有a≠0,即m≠1、n≠1,则m、n中必有一个大于1,另一个小于1,由此找到了问题解决的突破口.

由题意知:m≠n,从而有a≠0,即m≠1、n≠1.

分两种情况画数轴(如图1),

图1有:0≤m<1,

1

或0≤n<1,

1

从而解得实数a的范围是-112≤a<0或0

本题的解题过程并不复杂,所用知识只是七年级的数轴、解不等式组,数学思想也只有数形结合(画数轴)、分类讨论,但起关键作用的正是“以退为进”的策略.

2转视角,柳暗花明

苏轼在《题西林壁》中写道:“横看成岭侧成峰,远近高低各不同。”这就是说,看问题有时要换个角度思考,这也是数学解题中的一个重要策略.

图2在例1中,如果换一种角度思考,由于m=1-a、n=1+2a,可以将m、n看成是关于a的函数,进而在同一坐标系中作出图像(如图2),发现两直线恰好相交于纵轴上的(0,1)点,显然,从图像上看,纵轴左侧的图像表明:当a<0时,m>1,n<1;纵轴右侧的图像表明:当a>0时,m<1,n>1,要满足每件“在两个实数m与n之间(不包括m和n)有且只有一个整数,只能取两直线m=1-a、n=1+2a夹在在x轴与直线y=2之间的部分,故同样可以求出a的范围.

这里m=1-a、n=1+2a可以看成两个固态的等式或方程。但如果换个角度思考,把他们看成两个一次函数,进而联想到函数图像,从“形”的角度去理解就更加直观、形象,问题则迎刃而解。通过“转换视角”,从而达到了“柳暗花明”的美好境界.

3借数感,绝处逢生

《义务教育数学课程标准》(2011版)提出了“数感”的概念,即“关于数与数量、数量关系、运算结果估计等方面的感悟。”[2]2010年泰州中考卷第27题就是以“数感”立意的一道压轴题.

例2二次函数y=-112x2+c的图像经过点D(-3,912),与x轴交于A、B两点.

(1)求c的值;(c=6)

(2)(略);

(3)设点P、Q为二次函数的图像在x轴上方的两个动点,试猜想:是否存在这样的点P、Q,使△AQP≌△ABP?如果存在,请举例验证你的猜想;如果不存在,请说明理由.

先来看第(3)小题的参考解答:

图3答:符合条件的点P、Q存在。验证如下:

如图3,当点Q运动至抛物线与y轴交点(0,6)时,QA=62+(23)2=43=AB.

只要作∠QAB的平分线交抛物线于点P,连结QP、BP,由AQ=AB,∠QAP=∠BAP,AP为公共边即可得△AQP≌△ABP.

问题分析:试题参考解答除符号外只有76个字,看上去简单、无特别之处,但学生考试数据统计显示:满分4分的题,平均分只有0。2,正确率仅为5%。主要原因是学生缺少数感。题目中的“△AQP≌△ABP”可看着是条件,说明△AQP与△ABP两个三角形不仅全等,而且边、角都是对应的,其中有AQ=AB;从点A、B、C的坐标(-23,0)、(23,0)、(0,6)看,除了有AB=43外,你的潜意识里是否还感觉到了什么?

注意到点A、B的坐标中含有3,根据经验和直觉,可能与30°角、等边三角形等有关。不妨尝试一下:结合图形有tan∠OAC=OC1OA=6123=3,显然,∠OAC=60°,AC=2AO=43=AB,即在抛物线上找到了一个点C(即Q),使QA=BA,问题得以突破。当然也可以计算AC=AO2+CO2=62+(23)2=43,同样能解决问题.

将“数”转化为“形”,让问题在“在直观上变得显然起来”,这是德国数学家C。F。克莱因给我们的教诲。如本例中由3联想到30°的角、含有30°角的直角三角形、等边三角形等;又如由2联想到45°的角、等腰直角三角形、正方形等;再如由含有5的数据联想到黄金分割、正五边形等。这种数感不是教师“教”的结果,而是活动经验的积累。教学中,要引导学生经历活动过程,积累活动经验,增强学生对一些特殊数的感悟.

图4从学生答题看,思维定势也是影响本题有效解决的原因之一。根据题意,问题可以转化为:在二次函数y=-112x2+6的图像上是否存在点Q,使AQ=AB,以A为圆心、AB为半径作圆与抛物线在x轴上方的交点就应该是符合条件的点(见图4中的Q1、Q2两点)。按常规思路,可以设抛物线上点Q坐标为(m,-112m2+6),由AQ=AB得:

(m+23)2+(-112m2+6)2=(43)2,

化简后得m4-20m2+163m=0.

显然,以初中学生现有水平难以求出点Q的坐标,这决非命题者的考查意图。众多中考试题都是这样的问题格式:“是否存在××,使××?如果存在,请求出××;如果不存在,请说明理由。”这里的“求出”是指求出符合要求的所有可能情形,然而例2中的“如果存在,请举例验证你的猜想”,许多学生(包括教师)受大多这类问题呈现方式定势的影响,总是试图求出符合要求的所有点的坐标,进而出现思维障碍。其实,这里的“举例说明”意味着“如果存在”,不论存在多少种情形,只要举一例说明符合要求即可,不必论述“找”的过程。至于从哪里来、怎么得到的,与答题无关.

4缜推演,云帆济海

李白诗言:长风破浪会有时,直挂云帆济沧海。解决问题仅有可行方案还不够,还需要思路上的清晰、算法上的娴熟,需要运算的准确性、逻辑的严谨性和表达的规范性。惟此,才能达到“直挂云帆济沧海”的境界。2011年泰州中考卷第27题就体现了这样的能力要求.

例3已知:二次函数y=x2+bx-3的图像经过点P(-2,5).

(1)求b的值,并写出当1

(2)设点P1(m,y1)、P2(m+1,y2)、P3(m+2,y3)在这个二次函数的图像上.

①当m=4时,y1、y2、y3能否作为同一个三角形三边的长?请说明理由;

②当m取不小于5的任意实数时,y1、y2、y3一定能作为同一个三角形三边的长。请说明理由.

本题实测难度系数为0。46,满分率仅为0。03%,尤其是第(2)题的第②问的得分率极低。学生认为本题比较容易,甚至不少教师也没有洞察出问题所在。那么,问题究竟在哪里呢?

(Ⅰ)默认y1、y2、y3为正数而不加以证明。本题第(2)题和第①问中,当m=4时P1、P2、P3三点的纵坐标y1、y2、y3的对应值分别为5、12、21是具体数值,且均为正,因为5+12<21,所以y1、y2、y3不能作为同一个三角形三边的长;而第②问中,当m≥4时,y1、y2、y3的对应量是(m-1)2-4、m2-4和(m+1)2-4是函数图像上3个点的纵坐标,都是含有m的代数式,成为三角形的三边的必要条件是3个含m的多项式的值是正数。问题①既为问题②的解决做了铺垫,客观上也对问题②的突破形成了干扰。这里只要说明当m≥5时,y1=(m-1)2-4>0,y2=m2-4>0,y3=(m+1)2-4>0即可.

(Ⅱ)不比较y1、y2、y3的大小而直接证明y1+y2>y3,还有不少学生将y1、y2、y3三种可能的关系y1+y2>y3、y1+y3>y2、y2+y3>y1一一列出,试图通过三个不等式说明,导致说理不清甚至无法解决。“三条线段构成三角形”的充要条件是“其中任意两条线段之和大于第三条线段的长”,只要证明“两条较小线段的和大于最长线段”。显然,利用函数增减性即可证明最大.

因为抛物线开口向上,对称轴为直线x=1,

当x>1时随增大而增大

而m≥5时,点P1(m,y1)、P2(m+1,y2)、P3(m+2,y3)都在对称轴的右侧,所以y1

问题转化为证明“两个较小量的和大于最大的量”,即证明y1+y2>y3.

由于y1+y2-y3

=(m-1)2-4+m2-4-[(m+1)2-4]

=m2-4m-4=(m-2)2-8

因为m≥5时,(m-2)2-8≥(5-2)2-8>0,即y1+y2-y3>0,所以y1+y2>y3。

所以,当m取不小于5的任意实数时,y1、y2、y3一定能作为同一个三角形三边的长.

本题考查了二次函数的增减性、数与形之间的关系,重点考查简单的代数推理能力,尤其是考查学生思维的缜密性。不少学生还停留在直觉阶段,并将直觉作为结论予以默认。事实上,从直觉思维到逻辑证明,再到有条理地表述是数学学习能力的飞跃,也是学生继续进行更高层次数学学习的需要,教学时应予以高度重视.

应当说:数学中考压轴题的解题源于数学的知识技能、抽象概括、逻辑推理和一定量的解题的训练,源于数学思想、方法和策略的统摄,更需要数学常识、数学直观、合情推理和数学活动的经验的积累,这就要求在平时的教学中,将三者有机整合,培养学生在数学学习中将相关知识建立联系的能力,在思维受阻时寻求突破的能力,在成功解题后的归纳反思的能力。只有这样,学生的数学学习才能达到思维的胜境。

参考文献

[1]裴光亚。高考数学有效复习的途径——三个“三步曲”[J]。数学通讯,2010(10):43-50。

[2]中华人民共和国教育部。义务教育数学课程标准(2011)[S]。北京:北京师范大学出版社,2011:5。

图4从学生答题看,思维定势也是影响本题有效解决的原因之一。根据题意,问题可以转化为:在二次函数y=-112x2+6的图像上是否存在点Q,使AQ=AB,以A为圆心、AB为半径作圆与抛物线在x轴上方的交点就应该是符合条件的点(见图4中的Q1、Q2两点)。按常规思路,可以设抛物线上点Q坐标为(m,-112m2+6),由AQ=AB得:

(m+23)2+(-112m2+6)2=(43)2,

化简后得m4-20m2+163m=0.

显然,以初中学生现有水平难以求出点Q的坐标,这决非命题者的考查意图。众多中考试题都是这样的问题格式:“是否存在××,使××?如果存在,请求出××;如果不存在,请说明理由。”这里的“求出”是指求出符合要求的所有可能情形,然而例2中的“如果存在,请举例验证你的猜想”,许多学生(包括教师)受大多这类问题呈现方式定势的影响,总是试图求出符合要求的所有点的坐标,进而出现思维障碍。其实,这里的“举例说明”意味着“如果存在”,不论存在多少种情形,只要举一例说明符合要求即可,不必论述“找”的过程。至于从哪里来、怎么得到的,与答题无关.

4缜推演,云帆济海

李白诗言:长风破浪会有时,直挂云帆济沧海。解决问题仅有可行方案还不够,还需要思路上的清晰、算法上的娴熟,需要运算的准确性、逻辑的严谨性和表达的规范性。惟此,才能达到“直挂云帆济沧海”的境界。2011年泰州中考卷第27题就体现了这样的能力要求.

例3已知:二次函数y=x2+bx-3的图像经过点P(-2,5).

(1)求b的值,并写出当1

(2)设点P1(m,y1)、P2(m+1,y2)、P3(m+2,y3)在这个二次函数的图像上.

①当m=4时,y1、y2、y3能否作为同一个三角形三边的长?请说明理由;

②当m取不小于5的任意实数时,y1、y2、y3一定能作为同一个三角形三边的长。请说明理由.

本题实测难度系数为0。46,满分率仅为0。03%,尤其是第(2)题的第②问的得分率极低。学生认为本题比较容易,甚至不少教师也没有洞察出问题所在。那么,问题究竟在哪里呢?

(Ⅰ)默认y1、y2、y3为正数而不加以证明。本题第(2)题和第①问中,当m=4时P1、P2、P3三点的纵坐标y1、y2、y3的对应值分别为5、12、21是具体数值,且均为正,因为5+12<21,所以y1、y2、y3不能作为同一个三角形三边的长;而第②问中,当m≥4时,y1、y2、y3的对应量是(m-1)2-4、m2-4和(m+1)2-4是函数图像上3个点的纵坐标,都是含有m的代数式,成为三角形的三边的必要条件是3个含m的多项式的值是正数。问题①既为问题②的解决做了铺垫,客观上也对问题②的突破形成了干扰。这里只要说明当m≥5时,y1=(m-1)2-4>0,y2=m2-4>0,y3=(m+1)2-4>0即可.

(Ⅱ)不比较y1、y2、y3的大小而直接证明y1+y2>y3,还有不少学生将y1、y2、y3三种可能的关系y1+y2>y3、y1+y3>y2、y2+y3>y1一一列出,试图通过三个不等式说明,导致说理不清甚至无法解决。“三条线段构成三角形”的充要条件是“其中任意两条线段之和大于第三条线段的长”,只要证明“两条较小线段的和大于最长线段”。显然,利用函数增减性即可证明最大.

因为抛物线开口向上,对称轴为直线x=1,

当x>1时随增大而增大

而m≥5时,点P1(m,y1)、P2(m+1,y2)、P3(m+2,y3)都在对称轴的右侧,所以y1

问题转化为证明“两个较小量的和大于最大的量”,即证明y1+y2>y3.

由于y1+y2-y3

=(m-1)2-4+m2-4-[(m+1)2-4]

=m2-4m-4=(m-2)2-8

因为m≥5时,(m-2)2-8≥(5-2)2-8>0,即y1+y2-y3>0,所以y1+y2>y3。

所以,当m取不小于5的任意实数时,y1、y2、y3一定能作为同一个三角形三边的长.

本题考查了二次函数的增减性、数与形之间的关系,重点考查简单的代数推理能力,尤其是考查学生思维的缜密性。不少学生还停留在直觉阶段,并将直觉作为结论予以默认。事实上,从直觉思维到逻辑证明,再到有条理地表述是数学学习能力的飞跃,也是学生继续进行更高层次数学学习的需要,教学时应予以高度重视.

应当说:数学中考压轴题的解题源于数学的知识技能、抽象概括、逻辑推理和一定量的解题的训练,源于数学思想、方法和策略的统摄,更需要数学常识、数学直观、合情推理和数学活动的经验的积累,这就要求在平时的教学中,将三者有机整合,培养学生在数学学习中将相关知识建立联系的能力,在思维受阻时寻求突破的能力,在成功解题后的归纳反思的能力。只有这样,学生的数学学习才能达到思维的胜境。

参考文献

[1]裴光亚。高考数学有效复习的途径——三个“三步曲”[J]。数学通讯,2010(10):43-50。

[2]中华人民共和国教育部。义务教育数学课程标准(2011)[S]。北京:北京师范大学出版社,2011:5。

图4从学生答题看,思维定势也是影响本题有效解决的原因之一。根据题意,问题可以转化为:在二次函数y=-112x2+6的图像上是否存在点Q,使AQ=AB,以A为圆心、AB为半径作圆与抛物线在x轴上方的交点就应该是符合条件的点(见图4中的Q1、Q2两点)。按常规思路,可以设抛物线上点Q坐标为(m,-112m2+6),由AQ=AB得:

(m+23)2+(-112m2+6)2=(43)2,

化简后得m4-20m2+163m=0.

显然,以初中学生现有水平难以求出点Q的坐标,这决非命题者的考查意图。众多中考试题都是这样的问题格式:“是否存在××,使××?如果存在,请求出××;如果不存在,请说明理由。”这里的“求出”是指求出符合要求的所有可能情形,然而例2中的“如果存在,请举例验证你的猜想”,许多学生(包括教师)受大多这类问题呈现方式定势的影响,总是试图求出符合要求的所有点的坐标,进而出现思维障碍。其实,这里的“举例说明”意味着“如果存在”,不论存在多少种情形,只要举一例说明符合要求即可,不必论述“找”的过程。至于从哪里来、怎么得到的,与答题无关.

4缜推演,云帆济海

李白诗言:长风破浪会有时,直挂云帆济沧海。解决问题仅有可行方案还不够,还需要思路上的清晰、算法上的娴熟,需要运算的准确性、逻辑的严谨性和表达的规范性。惟此,才能达到“直挂云帆济沧海”的境界。2011年泰州中考卷第27题就体现了这样的能力要求.

例3已知:二次函数y=x2+bx-3的图像经过点P(-2,5).

(1)求b的值,并写出当1

(2)设点P1(m,y1)、P2(m+1,y2)、P3(m+2,y3)在这个二次函数的图像上.

①当m=4时,y1、y2、y3能否作为同一个三角形三边的长?请说明理由;

②当m取不小于5的任意实数时,y1、y2、y3一定能作为同一个三角形三边的长。请说明理由.

本题实测难度系数为0。46,满分率仅为0。03%,尤其是第(2)题的第②问的得分率极低。学生认为本题比较容易,甚至不少教师也没有洞察出问题所在。那么,问题究竟在哪里呢?

(Ⅰ)默认y1、y2、y3为正数而不加以证明。本题第(2)题和第①问中,当m=4时P1、P2、P3三点的纵坐标y1、y2、y3的对应值分别为5、12、21是具体数值,且均为正,因为5+12<21,所以y1、y2、y3不能作为同一个三角形三边的长;而第②问中,当m≥4时,y1、y2、y3的对应量是(m-1)2-4、m2-4和(m+1)2-4是函数图像上3个点的纵坐标,都是含有m的代数式,成为三角形的三边的必要条件是3个含m的多项式的值是正数。问题①既为问题②的解决做了铺垫,客观上也对问题②的突破形成了干扰。这里只要说明当m≥5时,y1=(m-1)2-4>0,y2=m2-4>0,y3=(m+1)2-4>0即可.

(Ⅱ)不比较y1、y2、y3的大小而直接证明y1+y2>y3,还有不少学生将y1、y2、y3三种可能的关系y1+y2>y3、y1+y3>y2、y2+y3>y1一一列出,试图通过三个不等式说明,导致说理不清甚至无法解决。“三条线段构成三角形”的充要条件是“其中任意两条线段之和大于第三条线段的长”,只要证明“两条较小线段的和大于最长线段”。显然,利用函数增减性即可证明最大.

因为抛物线开口向上,对称轴为直线x=1,

当x>1时随增大而增大

而m≥5时,点P1(m,y1)、P2(m+1,y2)、P3(m+2,y3)都在对称轴的右侧,所以y1

问题转化为证明“两个较小量的和大于最大的量”,即证明y1+y2>y3.

由于y1+y2-y3

=(m-1)2-4+m2-4-[(m+1)2-4]

=m2-4m-4=(m-2)2-8

因为m≥5时,(m-2)2-8≥(5-2)2-8>0,即y1+y2-y3>0,所以y1+y2>y3。

所以,当m取不小于5的任意实数时,y1、y2、y3一定能作为同一个三角形三边的长.

本题考查了二次函数的增减性、数与形之间的关系,重点考查简单的代数推理能力,尤其是考查学生思维的缜密性。不少学生还停留在直觉阶段,并将直觉作为结论予以默认。事实上,从直觉思维到逻辑证明,再到有条理地表述是数学学习能力的飞跃,也是学生继续进行更高层次数学学习的需要,教学时应予以高度重视.

应当说:数学中考压轴题的解题源于数学的知识技能、抽象概括、逻辑推理和一定量的解题的训练,源于数学思想、方法和策略的统摄,更需要数学常识、数学直观、合情推理和数学活动的经验的积累,这就要求在平时的教学中,将三者有机整合,培养学生在数学学习中将相关知识建立联系的能力,在思维受阻时寻求突破的能力,在成功解题后的归纳反思的能力。只有这样,学生的数学学习才能达到思维的胜境。

参考文献

[1]裴光亚。高考数学有效复习的途径——三个“三步曲”[J]。数学通讯,2010(10):43-50。

[2]中华人民共和国教育部。义务教育数学课程标准(2011)[S]。北京:北京师范大学出版社,2011:5。

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