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《由一道圆弧翻折题再谈“捆绑思想”——浅谈局部与整体的关系》

 xyz3i 2017-05-29

本文拟以一道圆弧翻折型计算题及相关变式,再谈几何图形变换中极其重要的一种数学思想方法,笔者称之为“捆绑思想”(学自常州于新华特级大神),可类比代数里的整体思想去理解,以此浅谈图形变换中局部与整体之间的联系.

一  原题重现

二  解法初探

先呈上此题的两种解法,然后再分析其蕴含的数学思想方法,最后变式巩固.

解法一(相似法):

第一步(圆心对称):如图1-1所示,作出点O关于折痕EF的对称点O',则点O'即为折叠后的圆弧A'F的圆心,这是解决此种题型最关键的要点;

第二步(见相切,连半径;得垂直,出平行):因为圆弧A'F恰好与半径OB相切于点G,自然要连接O'G,则O'G⊥OB于点G,由题易知O'G∥AO;

第三步(见平行,得相似):由O'G∥AO易知△O'OG∽△OEH;

解题后反思:对本题而言,首先同学们要有寻找翻折后圆弧的圆心的意识,这正是解决此种题型的关键之所在,找到了翻折后的圆心,也就牵住了“牛鼻子”!有趣的是,要找的圆心其实就是原来的圆心随同圆弧一同翻折过去的,仅此而已,这也是本文的主旨所在,即“捆绑思想”,后续细致的分析会反复提及,重点说明;

另外,初三学生还要有“相似情怀”,“勾股、相似及面积”法是计算边长的三大重要法宝,缺一不可,同学们要慢慢养成用相似的眼光看问题、找出路的习惯与策略.

解法二(勾股法):

第一步(圆心对称):如图1-2所示,作出点O关于折痕EF的对称点O',则点O'即为折叠后的圆弧A'F的圆心,这是解决此种题型最关键的要点;

第二步(见相切,连半径;得垂直,出平行):因为圆弧A'F恰好与半径OB相切于点G,自然要连接O'G,则O'G⊥OB于点G,由题易知O'G∥AO;

第三步(构造矩形):由O'G∥AO且O'G=OA=6,连接O'A,容易证明四边形OAO'G为矩形,则△O'AE为直角三角形;

第四步(由对称,得相等,导角度,导边长):由O、O'两点关于折痕EF对称,容易想到连接EO',如图1-3所示,则EO'=EO=4;

解题后反思:解法二中巧妙发现了图形中蕴含的特殊性,即O'G∥AO且O'G=AO,从而联想到连接O'A后得到□OAO'G,结合直角易得□OAO'G还是个矩形,再利用翻折问题中的边不变性,联想到连接EO',进而解出Rt△O'AE,搞定问题,属于比较常规的勾股法,同学们要加以揣摩,体会这种方法的重要性.

三  方法提炼(处理好局部与整体之间的关系)

通过上面两种解法可以看出,解题的关键首先要找到翻折之后的圆心,只有找到此圆心,题目中的相切条件才能得以应用,不然必然难以下手,而如何寻找圆心则成为了解决问题的金钥匙,根据学生的考情来看,确实有大部分学生没有寻找此圆心的意识,或者说不会寻找的方法,当然也有部分学生找到圆心了,但没想到相似或勾股法.

根据题目中提供的图1,表面看来是一段弧AF在沿着折痕EF进行翻折变换得到弧A'F,可称之为局部变换;但此时若是引进“整体思想”,可以想象成是,此弧AF所在的扇形AOB在沿着EF进行翻折变换,如图1-5所示;甚至于我们还可以想象成是弧AF所在的整个圆O在沿着EF进行翻折变换,如图1-6所示,可称之为“整体变换”!处理好这种局部与整体之间的关系,往往可以使看似复杂的问题变得极其简单,这就是我想表达的“思想决定高度”,站得高自然能望得远.

要想寻找翻折之后的圆弧A'F对应的圆心O',当然也就可以将翻折之前的圆心O也作相应的变换,即圆心O关于折痕EF的对称点便是所要寻找的圆心O'!

一个图形在运动(即变换),可以想象成整个图形上的每一个点都在作相同的运动(即变换),这是由整体到局部的思想,即为“局部处理”;反过来,一个点(或一些点)在运动(即变换),可以想象成这个点(或这些点)所在的整个图形在作相同的运动(即变换),这是由局部到整体的思想,即为“整体处理”,亦或称之为“捆绑思想”.这种整体与局部、局部与整体之间的迅速切换、转变,值得同学们用心反思,最近比较流行的所谓“瓜豆原理”也正是基于这种考虑问题的方式.

对本题而言,简而言之,一段弧在翻折,就是这段弧所在的整个圆在作相应地翻折,其圆心当然也是如此翻折而已!

(本文完!)

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