二. 重點(diǎn)、難點(diǎn):
數(shù)學(xué)思想反映著數(shù)學(xué)概念、原理及規(guī)律的聯(lián)系和本質(zhì),是形成數(shù)學(xué)能力、數(shù)學(xué)意識的橋梁,是靈活運(yùn)用數(shù)學(xué)知識、技能、方法的關(guān)鍵。在解綜合題時,尤其需要用數(shù)學(xué)思想來統(tǒng)帥,分析、探求解題的思路,優(yōu)化解題的過程,驗(yàn)證所得的結(jié)論。
在初中數(shù)學(xué)中常用的數(shù)學(xué)思想有方程思想、數(shù)形結(jié)合思想、轉(zhuǎn)化思想和分類討論思想。
(一)方程思想
在初中數(shù)學(xué)中,我們學(xué)習(xí)了許多類型的方程和方程組的解法。例如,一元一次方程、一元二次方程,可化為一元一次方程、一元二次方程的分式方程的解法,二元一次方程組、三元一次方程組的解法,以及二元二次方程組的解法等,所以我們?nèi)绻馨褜?shí)際問題或數(shù)學(xué)問題轉(zhuǎn)化成解上述方程或方程組,問題就容易解決了。
所謂方程思想,就是從分析問題的數(shù)量關(guān)系入手,通過設(shè)定未知數(shù),把問題中的已知量與未知量的數(shù)量關(guān)系,轉(zhuǎn)化為方程或方程組等數(shù)學(xué)模型,然后利用方程的理論或方法,使問題得到解決。用方程思想分析、處理問題,思路清晰,靈活、簡便。
1. 方程思想的最基本觀點(diǎn)——幾個未知數(shù),列幾個獨(dú)立的方程
我們知道在一般情況下,幾個未知數(shù)在幾個獨(dú)立的方程的制約下有確定的解。在涉及數(shù)量關(guān)系的問題中,用這一基本思想來分析、處理,能較為容易地找到解題途徑。
例1. 已知:
分析:本題中涉及三個未知數(shù)
解法1 依題意,得
說明:一般地,有幾個未知數(shù),則需列幾個方程。
例2. 如圖,在直角三角形ABC中,
分析:題目要求AE、BE這兩個未知數(shù)的值,由于DE//CA,并且DC=12,BD=15,容易得到
由條件易知,
解:
設(shè)AE為x,BE為y,那么
2. 方程思想解題的核心——構(gòu)造方程,溝通已知與未知的聯(lián)系
用方程思想解題的核心是揭示題目中隱含的等量關(guān)系,設(shè)未知數(shù)、構(gòu)造方程,溝通已知與未知的聯(lián)系,從而使問題得到解決。
例3. 已知:如圖,DB是半圓O的直徑,A為BD延長線上一點(diǎn),AC與半圓O相切于點(diǎn)E,
分析:題目的條件給我們提供了許多等量關(guān)系。已知CB垂直直徑DB,可知CB是⊙O的切線,于是有CE=CB;由切割線定理得
題目又給出了兩條線段的比
若設(shè)
解略
問:題目要求⊙O半徑,能否直接設(shè)所求量為未知數(shù)呢?這時,應(yīng)以哪個等量關(guān)系來構(gòu)造易解的方程,從而求出半徑的長呢?
進(jìn)一步分析可以看到,由
解得
說明:從本例的兩種不同解法可看到,列方程的關(guān)鍵是尋求等量關(guān)系。
在幾何計算題中,常利用幾何中的定理、公式,如勾股定理、切割線定理、相交弦定理、三角函數(shù)關(guān)系式等作為等量關(guān)系來構(gòu)造方程,或利用圖形中某些位置關(guān)系所隱含的等量關(guān)系(線段和差、面積和差、相似三角形對應(yīng)邊成比例)等構(gòu)造方程。
下面我們把此例的已知條件稍加變化,分析如何尋找等量關(guān)系構(gòu)造方程求解。
例4. 如圖,DB是半圓O的直徑,A為BD延長線上一點(diǎn),AC與半圓O相切于點(diǎn)E,
分析:要求
簡解:可證CB為半圓O的切線,CE=CB
說明:此例是利用勾股定理作為等量關(guān)系構(gòu)造方程的。
由以上幾例可以看出,設(shè)未知數(shù)一般是所求的量是什么,就設(shè)什么為未知數(shù)。當(dāng)所求的量不易直接求出時,要根據(jù)題目的特點(diǎn),選擇便于把條件、結(jié)論結(jié)合起來的未知量用字母表示為未知數(shù),這樣解題比較方便。
例5. 已知:在
(1)求證:AF=DF;
(2)求
(3)如果BD=10,求
圖1
分析:(1)略;(2)要求
(1)證明:
(2)解法一:連結(jié)DM(如圖2)
由勾股定理,得
圖2
圖3
解法四:同解法三,得AE=DE=5x,AF=DF=3x
說明:此例是用方程思想解幾何問題的典型題目。第(2)問中解法一是利用切割線定理為等量關(guān)系構(gòu)造方程;解法二是利用勾股定理為等量關(guān)系構(gòu)造方程組;解法三是利用同一三角形面積為等量關(guān)系構(gòu)造方程;解法四是利用相似三角形對應(yīng)邊成比例構(gòu)造方程??梢姡匠趟枷氲倪\(yùn)用是解本題的關(guān)鍵。
例6. 如圖,AB為半圓O的直徑,C為OB上一點(diǎn),且OC:CB=1:3,過C點(diǎn)作
(1)求OB的長;
(2)在弧BD上任取一點(diǎn)P(P與B、D不重合),連結(jié)EP并延長與弧AD交于點(diǎn)F,設(shè)PC=x,EF=y,求y與x之間的函數(shù)關(guān)系式,并指出自變量x的取值范圍。
分析:第(1)問是求線段的長,由于題目中給出了兩條線段長度的比,所以可以設(shè)未知數(shù),利用圖形的幾何性質(zhì)構(gòu)造方程來求解。第(2)問涉及研究線段與線段函數(shù)關(guān)系的問題,線段作為變量,解題的關(guān)鍵是用幾何定理揭示它們之間的等量關(guān)系,列出方程后,再化為函數(shù)解析式。實(shí)質(zhì)上還是構(gòu)造方程,利用方程思想解題。
解:(1)連結(jié)OD,設(shè)OC=a,則BC=3a,OD=OB=4a
說明:此例是利用相似三角形對應(yīng)邊成比例的性質(zhì)為等量關(guān)系,列出方程后,再化為函數(shù)解析式的。特別要注意用圖形的幾何性質(zhì)來確定自變量的取值范圍。
方程思想也可解決某些證明題。我們來看下面的例題。
例7. 如圖,⊙O1、⊙O2交于A、B兩點(diǎn),DT切⊙O2于T,交⊙O1于D、M,且M為DT的中點(diǎn)。BA的延長線交DT于C。
求證:CT=2CM。
證明:設(shè)CM=a,CT=x
可以看到,方程思想是初中數(shù)學(xué)中的一個重要的數(shù)學(xué)思想,在解題中有廣泛的應(yīng)用。利用方程思想解題,要善于從題目中挖掘等量關(guān)系,能夠根據(jù)題目的特點(diǎn)選擇恰當(dāng)?shù)奈粗獢?shù),注意保證方程的個數(shù)與未知數(shù)的個數(shù)相同。
(二)數(shù)形結(jié)合思想
數(shù)學(xué)是研究現(xiàn)實(shí)世界空間形式和數(shù)量關(guān)系的科學(xué)?!皵?shù)”與“形”是數(shù)學(xué)中的兩個最基本的概念,每一個幾何圖形中都蘊(yùn)含著一定的數(shù)量關(guān)系;而數(shù)量關(guān)系又常常可以通過幾何圖形做出直觀的反映和描述,所以數(shù)形結(jié)合也就成為研究數(shù)學(xué)問題的重要思想方法。
數(shù)形結(jié)合的思想,就是把問題中的數(shù)量關(guān)系和空間形式結(jié)合起來加以考察的思想。在解題方法上,“數(shù)”與“形”相互轉(zhuǎn)化,從而使問題化難為易、化繁為簡,達(dá)到解決問題的目的。
1. 以形助數(shù)——通過幾何圖形,使數(shù)量關(guān)系直觀化、形象化,從而尋找解題的途徑
例1. 在正方形ABCD中,A、B、C的坐標(biāo)分別是(1,2)、(-2,1)、(-1,-2),求點(diǎn)D的坐標(biāo)。
分析:依題意畫圖,可看到點(diǎn)A、點(diǎn)C關(guān)于原點(diǎn)O成中心對稱,所以O應(yīng)是正方形ABCD的中心。根據(jù)正方形性質(zhì)可知,點(diǎn)D應(yīng)與點(diǎn)B關(guān)于原點(diǎn)O對稱,已知點(diǎn)B坐標(biāo)為(-2,1),利用關(guān)于坐標(biāo)原點(diǎn)對稱的兩點(diǎn)坐標(biāo)之間關(guān)系,可確定點(diǎn)D坐標(biāo)(2,-1)。
解略。
說明:平面直角坐標(biāo)系建立了平面上的點(diǎn)與有序?qū)崝?shù)對之間的一一對應(yīng)關(guān)系,為數(shù)形結(jié)合創(chuàng)造了條件。本題就是利用直角坐標(biāo)系,把“數(shù)”轉(zhuǎn)化為“形”,以形助數(shù),由兩點(diǎn)之間的特殊位置關(guān)系得到兩點(diǎn)之間的數(shù)量關(guān)系。
例2. 選擇題:若
A. 大于1 B. 等于1 C. 小于1 D. 不能確定
分析:可構(gòu)造直角三角形,根據(jù)銳角三角函數(shù)的定義及三角形中邊之間的關(guān)系進(jìn)行判斷。
說明:本題是把數(shù)量關(guān)系通過構(gòu)造的直角三角形使之明顯化,從而得到解題途徑。
例3. 二次函數(shù)
(1)哪個函數(shù)的圖象過B、C、D三點(diǎn)?
(2)若BO=AO,BC=DC,且點(diǎn)B、C的橫坐標(biāo)分別是1、3,求這兩個函數(shù)的解析式。
分析:借助函數(shù)的圖象研究函數(shù)的性質(zhì),是一種很重要的方法。觀察圖象,過A、B、C三點(diǎn)的拋物線開口向下,則相應(yīng)二次函數(shù)解析式中二次項(xiàng)系數(shù)應(yīng)小于零,而過B、C、D三點(diǎn)的拋物線開口向上,則相應(yīng)二次函數(shù)解析式中二次項(xiàng)系數(shù)應(yīng)大于零,所以只要判斷a與a+1哪個大于零即可。因?yàn)?/span>a+1>a,易得出
解:(1)
說明:觀察圖形主要是觀察圖形的形狀、大小、位置關(guān)系等,尋找圖形中蘊(yùn)含的數(shù)量關(guān)系,運(yùn)用推理或計算得出結(jié)論。這是數(shù)形結(jié)合分析、解決問題的一個重要方面。
例4. 設(shè)二次函數(shù)
(1)求k的取值范圍;
(2)比較線段PA、PB的長度的大??;
(3)當(dāng)
分析:(1)解決本題的關(guān)鍵是依據(jù)題目的已知條件正確地繪制草圖,確定A、B兩點(diǎn)的大致位置。由P點(diǎn)在y軸上,且
(2)觀察圖形,由圖形的幾何性質(zhì)知,線段PA、PB長度的大小取決于A、B兩點(diǎn)到O點(diǎn)距離的大小,則轉(zhuǎn)化為判斷相應(yīng)的二次方程兩根中正根的絕對值大還是負(fù)根的絕對值大。利用函數(shù)所對應(yīng)的一元二次方程根與系數(shù)的關(guān)系即可判斷出來。
(3)利用
解:(1)
說明:由本例看到,二次函數(shù)解析式中的系數(shù)與二次函數(shù)圖象的形狀及在坐標(biāo)系中的位置相互制約。正確地畫出圖象,把二次函數(shù)的問題轉(zhuǎn)化為二次方程的問題是解決這類問題的典型方法,它體現(xiàn)了數(shù)形結(jié)合及轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)思想。
例5. 已知:關(guān)于x的方程
分析:本題是已知一元二次方程的兩個實(shí)數(shù)根所滿足的條件,求方程中待定系數(shù)的值的題目。常規(guī)的解法是由第一個方程兩根滿足的條件,利用根與系數(shù)的關(guān)系,建立關(guān)于待定系數(shù)m的方程,求出m的值。再把m的值代入第二個方程,并求出其根,檢驗(yàn)其兩根是否都在第一個方程的兩根之間,從而確定m的值。(參看解法一)
我們可以換個角度,以形助數(shù)來考慮這個問題。關(guān)于x的方程
解法一:
說明:由以上幾例看到,正確地繪圖對于題意的理解、思路的探求、方法的選擇、結(jié)論的判定都有重要的作用,要善于把作圖與計算結(jié)合起來,充分發(fā)揮圖形的作用。
2. 以數(shù)解形——挖掘幾何圖形中的數(shù)量關(guān)系,用代數(shù)方法解幾何問題
例6. 如圖,在矩形ABCD中,EF是BD的垂直平分線,已知BD=20,EF=15,求矩形ABCD的周長。
分析:要求矩形的周長,則需先求出矩形的長和寬??砂验L、寬分別設(shè)為兩個未知數(shù),根據(jù)圖形中線段的位置關(guān)系,利用相似三角形的性質(zhì)和勾股定理轉(zhuǎn)化為線段間的數(shù)量關(guān)系,構(gòu)造方程組用代數(shù)方法求解。
解:在矩形ABCD中,設(shè)長AB=x,寬BC=y,因?yàn)?/span>EF是BD的垂直平分線
例7. 如圖,有一塊三角形土地,它的底邊BC=100米,高AH=80米,某單位要沿著底邊BC修一座底面是矩形DEFG的大樓。當(dāng)這個大樓地基面積最大時,這個矩形的長和寬各是多少?
分析:這個實(shí)際問題抽象為數(shù)學(xué)問題后是一個平面幾何問題,即求三角形內(nèi)接矩形面積最大時,矩形的邊長。
進(jìn)一步觀察圖形可以看到,當(dāng)矩形的長(或?qū)挘┳兓瘯r,矩形DEFG的面積也隨之而變化,但當(dāng)內(nèi)接矩形的長(或?qū)挘┮淮_定,矩形的面積也隨之而確定??梢姡瑑?nèi)接矩形的面積是這個矩形長(或?qū)挘┑暮瘮?shù)。于是問題就轉(zhuǎn)化為建立函數(shù)關(guān)系式并求函數(shù)何時取得最值的代數(shù)問題。
解:設(shè)矩形DEFG的寬DE為x米,則
說明:在幾何圖形中建立函數(shù)關(guān)系式是數(shù)形結(jié)合的典型例題。在這類問題中,常運(yùn)用相似形的性質(zhì)定理、勾股定理、圓的有關(guān)定理、面積關(guān)系等建立量與量的函數(shù)關(guān)系式。
3. 依形判數(shù),以數(shù)助形,結(jié)合具體問題,靈活進(jìn)行數(shù)形轉(zhuǎn)化
數(shù)量關(guān)系體現(xiàn)了圖形的內(nèi)在性質(zhì),把握數(shù)量關(guān)系和相應(yīng)圖形的特征是進(jìn)行數(shù)與形相互轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。
例8. 如圖,AB是半圓O的直徑,
求證:
分析:解本題的關(guān)鍵是尋找
證明:連結(jié)AC、BC
例9. 如圖,二次函數(shù)
分析:本題為函數(shù)與平面幾何的綜合題,要確定二次函數(shù)的解析式,就需要構(gòu)造關(guān)于待定系數(shù)b、c的方程組,求出b、c的值。如何利用題目給出的眾多條件呢?
(1)以數(shù)助形,求出圖象上關(guān)鍵點(diǎn)的坐標(biāo)。
二次函數(shù)圖象與y軸交點(diǎn)Q的坐標(biāo)為(0,c)
(2)依形判數(shù),利用函數(shù)圖象,結(jié)合幾何圖形的性質(zhì),構(gòu)建關(guān)于b、c的方程組。
(3)數(shù)形結(jié)合,得出結(jié)論
解(1)、(2)聯(lián)立的方程組,可得
說明:依形判數(shù),以數(shù)助形是解函數(shù)型綜合題時重要的思想方法。此題用待定系數(shù)法求函數(shù)解析式時,根據(jù)圖形的幾何性質(zhì)尋找待定系數(shù)所滿足的條件,列方程或方程組來求解。解題時還必須根據(jù)題目條件對結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn),舍去不合題意的解,如本例中根據(jù)拋物線頂點(diǎn)在y軸右側(cè)知
例10. 已知:如圖,把矩形紙片OABC放入直角坐標(biāo)系xOy中,使OA、OC分別落在x軸、y軸的正半軸上,連結(jié)AC。將
(1)求點(diǎn)D的坐標(biāo);
(2)如果點(diǎn)F是AC中點(diǎn),判斷點(diǎn)(8,-20)是否在過D、F兩點(diǎn)的直線上,并說明理由。
解:(1)
【模擬試題】(答題時間:40分鐘)
一. 填空
1. 一個角的外角是它的三倍,則這個角的度數(shù)為___________。
2. 一個等腰三角形的周長是16cm,底邊上的高是4cm,則腰長為___________。
3.
4. 已知:
5. 矩形ABCD的對角線BD=10,
6. 在直角坐標(biāo)系xoy中,點(diǎn)P到x軸距離為3,到y軸距離為2,則P點(diǎn)坐標(biāo)為___________。
7. 已知a、b互為相反數(shù),且a>b,那么a的倒數(shù)與b的倒數(shù)的大小關(guān)系為___________。
8. 已知a>0,b<0,且a+b<0,那么實(shí)數(shù)a,b,-a,|b|的大小關(guān)系為___________(用“<”號連接)。
9. 如圖
10. 若點(diǎn)(
二. 解答:
11. 已知一元二次方程
12. 已知如圖:在
13. 在直角坐標(biāo)系xOy中,一次函數(shù)
【試題答案】
一. 1.
6.
7.
9.
10.
三. 11. 解:
12. 解:
13. 解:如圖,點(diǎn)A、B、C坐標(biāo)為(-3,0)(0,