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用高阶思维解决问题2

 阅读署 2018-03-09

高阶思维要具备三种视角:动态视角、本源视角、全局视角。这三种思考角度是相互系相辅相成的,在运动的过程中会发现本源看到全局。这三种视角都是帮我们找到规律看到联系,从而顺利解决问题。

我们要深入把握四种联系:知识与知识之间的联系、知识与问题之间的联系、问题与问题之间的联系、具体题目中的条件与条件及条件与结论的联系。

思维能力就在于对各种联系的理解与运用,建立的联系越丰富、越精细、层次越明晰,那么解决问题的能力就越强。

我们用例题来看如何思考一个陌生的问题,寻找它与已有知识、已知问题、以及该问题内部要素之间的联系。

例1.(2017甘肃兰州28题最后一问)

已知A(-4,-4)、B(0, 4)、C(0, -6)、 D(0, -1),AB与x轴交于点E,以点E为圆心,ED长为半径作圆,点M为⊙E上一动点,求 1/2AM+CM  的最小值.

看完题目我们要问几个问题:

(1)联系已有知识经验,几何中线段最值问题的基本方法是什么?

通常转化为点到点、点到线、点到圆的最短路径问题(还有用函数表达式求最值,这里不适用)。

(2)本题中的条件结构比较接近哪种基本问题?

图中有两个定点一个动点(A、C是定点,M是圆上的动点),一般转化为点到点之间的路径线段最短。如下图,P是圆O上的动点,A、B是两个定点,则P在AB与圆O交点处时PA+PB最小。

(3)题中的图形与上面的基本图形有何联系和不同,要解决的阻碍是什么?

相同点:都是圆上一动点及圆外两定点的关系。

不同点:定点连线与圆没有交点,而且出现线段的一半。

阻碍有两个: 一是1/2AM需要转化;二是转化后定点连线与圆要有交点。

(4)联系相关条件,如何构造等于1/2AM的线段?

显然这条线段等于1/2AM,且这条线段应以M为端点,且另一端点与C点在圆周的两侧,以使其连线与圆O相交,设这条线段为MN。

我们从动态视角来看此图,在点M运动过程中,MN和AM都在变化,但保持MN:AM=1:2,再寻找运动中的定值是圆的半径ME=√5,还有与AM相关的线段中有AE=2√5,ME:AE=1:2,由MN:AM=ME:AE自然想到构造相似形ΔMNE∽ΔAME,EN:EM=1:2时可得ΔMNE∽ΔAME,此时MN=1/2AM,顺利把AM转化为MN,N是定点,变成点到点的最短路径问题,易知MN+CM的最小值即为CN的长。

(5)计算如下:

本题还可以求1/2BM+CM的最小值,方法类同。

反思可以发现,这种转化的方法与将军饮马问题本质相同,将军饮马是用翻折的方式把定点置于动点所在图形的两侧,而此题是用相似变换的方式实现的。

例2.如图,CD是直线y=x上的一条动线段,且CD=2,点A(4,0),连接AC、AD,设C点横坐标为m,求m为何值时,△ACD的周长最小,并求出这个最小值.

(1)题中△ACD的周长取决于哪些数量?

CD为定值,周长最短时即AC+AD的值最小。

(2)本题与将军饮马问题的联系是什么?

相同点:都是点在线上动,求两条线段的最小值。

不同点:只有一个定点,有两个动点(可以看成一个,因为其中一点确定,另一点随之确定)。

(3)本题与例1的联系是什么?

定点(A)及两条动线段(AC、AD)都在动点(C、D)点所在图形(直线y=x)的同侧。

由此可以借鉴将军饮马及例1的方法,构造相同的图形解决。

①把A点沿直线y=x翻折把AD转化为A'D,以使定点居于动点所在直线的两侧,现在求AC+A'D的最小值。

②“将军饮马”问题中是直线上一动点到两个定点的距离之和,而AC与A'D不是同一个动点到两个定点的距离,C、D要并成一点,且保持A'D长度不变,显然把A'D平移,使C、D重合即可。

③如图,由于CD是定值,所以A''点是定点,即求A''C+AC的最小值。豁然开朗!到此顺利转化成点A到点A''的最短路径问题,即为AA''的长。

④构造直角三角形和相似三角形计算如下,大功告成

由对称原理(A'D、AD、AC、A'C四条线段都是定点和动点的连线,它们的地位是一样的,对它们的操作可以相互等价迁移),把平移A'D变为平移AD、AC、A'C同样可以,得还有以下三种构造方法。


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