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经典|一道题的深入解构与多向拓展

 水木刃1 2018-05-24

思维能力培养非一朝一夕之功,需老师于每一堂课每一道题每一个知识点之中渗透、引导、点化。人的理性虽然与生俱来,但往往是潜藏不露的,仍需老师引导、发掘、训练。未经训练的人多依赖直觉和感性,凭记忆和习惯做决定,缺乏批判精神和理性思维。学生的思维方式和思考习惯要及早培养,一旦形成不良思维定势要想改变将事倍功半。如解题时第一反应应该是分析与推理,而不是回忆与模仿。回忆与模仿是活在过去,属于固定型思维,分析与推理是活在当下,属于成长型思维。

问题是培养思维的基本工具,本文以一道经典题为例带你探讨如何用好一道题,充分发掘它在知识理解和思维方法诸方面的多种作用,达到以一敌百一通百通之效。

【原题】

已知:CN平分正方形ABCD的外角∠DCE,M是BC边上的一点,MN⊥AM.

求证:AM=MN

一、题中有法

解题总策略:加减、进退、分合、动静。

策略口诀:少则加之,多则减之,能进则进,难进则退,分析解构,整合组块,以动破静,以静制动。

1.加法:少则加之,图中有部分全等条件,将之添加补全即可得证。

法(1):如下图,添加AC'=CM,得ΔMCN≅ΔAC'M。

     

法(2):作NF⊥CE,由∠FCN=45°得CF = NF,由∠B=∠NFM=90°得ΔABM∽ΔMFN,再由之继续推导,如下图。


2.法:以动破静。

法(3):由条件MN⊥AM,结论MN=AM,知其所在全等三角形是旋转90度。如下图所示:

我们可以换个旋转中心,将ΔMCN绕点M逆时针旋转90度,如下图,作MC'⊥AC即可证ΔMCN≅ΔMC'A。

法(4):再换个旋转中心,将ΔMCN绕点C逆时针旋转90度,如下图,可证由ΔMCN≅M'CN'再证四边形AMM'N'是平行四边形(两组对边平行)。

法(5):再换个旋转方向,将ΔMCN绕点C顺时针旋转90度,如下图,可证由ΔMCN≅M'CN'再证四边形AMN'M'是平行四边形(两组对边平行)。

法(6):再用翻变换,如下图,考虑到延长AC后,CE平分∠NCN',把△MCN沿ME翻折,可证等腰△AMN'(AM=MN')。

法(7):与上图相对应,考虑到延长NC,CB平分∠ACA',把△ABM沿BC翻折,可证等腰△MA'N(MN=MA'),如下图。

法(8):把ΔABM逆时针旋转90°,再作M'N∥BC、M'A'∥MN、M'C'∥CN,由∠A'=∠CMN=∠BAM得∠ΔABM∽ΔA'BM',且有平行四边形MNM'A',CNM'C',CM=A'C',推导如下。

法(9):若把ΔABM旋转如下图(注意因为没有等线,不可以直接旋转,应作平行线B'M、B'N),请读者自行推导。

3.法:能进则进。

法(10):从∠AMN=90°前进,构造直角三角形,应用勾股定理。

4.法:整合组块。

法(11):连接AC、AN,出现四点共圆基本模型,由∠AMN=∠ACN=90°,知A、M、C、N四点共圆,易得∠ANM=∠ACB=45°,得AM=MN。


二、题中有题

原题还能延伸出其它相关问题吗?

1.条件置换:把条件作对等变换,如线段上的点运动到其延长线上,正方形变为正三角形等。

(1)图形中点M是BC边上的动点,把M点的运动位置变换到BC的延长线上(如下图),结论还成立吗?上面的方法还能应用吗?


(2)继续把M点的位置变换到B点的左侧时(如下图),还成立吗?

尝试发现,不管是结论还是作辅助线的方法都完全一样,证明过程也基本相同。

(3)把正方形变成正三角形。

已知:CN平分正三角形ABC的外角∠ACE,M是BC边上的一点,∠AMN=60°.

求证:AM=MN


若把正方形变成其它正多边形同样成立。

2.条件叠加:附加其它条件和问题,使问题信息容量加大,综合性更强。

(4)如下图,连结AN交CD于F,连结MF,还可以得到哪些新的结论?

容易想到∠MAN=∠MNA=45°,再看有没有包含已做过的图形?MF与BM、DF有什么关系?

请解答:添加条件“正方形边长为4,DF=1,求BM的长。“


3.条件弱化:把条件的特殊性去掉,使之更一般化。

(5)猜想:AM=MN是因为正方形的条件使图中存在全等关系,那么正方形改为矩形,AM与MN还能保持相等吗?CN平分∠DCE需要改变吗?

题目原图实质是等腰直角ΔABC进行相似变换得ΔAMN,由一转成双相似模型可推得ΔACN∽ΔABM,因此∠ACN=∠ABM=Rt∠,这是图形的根本特征,正方形条件只是提供了等腰直角ΔABC,D点擦去也无关紧要。

自然得出:如“正方形”变成“矩形”,“等腰直角ΔABC”中“等腰”的特殊性就没有了,就会变成把“直角ΔABC”进行相似变换,如下图,题目变为:

已知:矩形ABCD中,BC=2AB,M是BC边上的一点,AM⊥MN,AC⊥CN.

求证:MN=2AM

再看证明方法,前面的方法可以再一次使用:作MF∥AC,构造相似三角形。

还有更简单的方法:作以AN为直径的辅助圆。如下图:

(6)把M点的位置扩展到直线BC上,仍然成立。

题目中D点是多余的,可以把题目精简为:

已知:ΔABC中,∠B=90°,BC=2AB,M是直线BC边上的一点,AM⊥MN,AC⊥CN.

求证:MN=2AM

(7)继续一般化:

已知:ΔABC中,BC=nAB,M是直线BC边上的一点,∠B=∠AMN=∠ACN.

求证:MN=nAM


【三、题中有理】

哲学思考是对世界的深度认识,解决问题的过程中可以体验并感悟事物变化规律及其蕴含的哲理,培育理性精神和处事智慧。

上图体现了事物的普遍联系,由MN⊥AM可知全等三角形的三组对应边都是垂直关系,整个三角形是旋转90度的关系。

下图是ΔMCN绕M点旋转90度。

下图是ΔMCN绕C点旋转90度。

下图是ΔMCN沿ME翻折。

以上可以体现事物是在运动变化过程中产生联系的,并且运动方式是多种多样的。

下图可以看成是ΔMCN绕CM的中点旋转180度,也可以看成是ΔABM绕B点旋转90度,体现了系统结构中发展变化的和谐统一。

下图是构造辅助圆,把相关元素集中到同一圆中,证法简洁漂亮。圆具有最完美的对称性,圆中的元素能产生丰富而紧密的联系,因此使问题清晰明了易解。

下图把M点运动到BC的延长线上,结论与方法不变。

下图把正方形换成正三角形,结论与方法不变。

以上可以体现同类事物的一致性和相容性。

下图把正方形变成矩形甚至变成一般三角形,条件变化导致结论进行了相应变化,但换个角度看所变各题与原题的内在逻辑仍有共性:比值相等,保持AM:MN=AB:BC(正方形邻边比是1:1,矩形邻边比是1:n)。

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