文章内容如下。 合情推理是数学发明发明的主要手段,包括解法发现。它与逻辑推理的区别与联系就不介绍了。这里用两道几何最值题的解法发现对合情推理作下简要阐述。 第一题如图1。 图1 几何解法如下图2~4。 图2 图3 图4 上面的解法是如何想到的?也就是探索发现这个解法的底层思维逻辑是什么?对此题主要是合情推理,合情设想、直觉审美。 直觉审美,看图可直观感知到角DEF所处的几何结构不理想,或者说所处的几何结构(环境)不美,因为缺少数学语义丰富的几何结构模式,导致我们掌握的许多数学知识在此题中无法得到利用,使不上劲。 穷则思变,DEF为定角(60度),自然地合情地想到取外接圆圆心O,之后出现120度角(角DOF)。此时糟糕的几何结构稍稍改善了些,语义稍微丰富了一些,但这种改善只局限于DEF三角形这个小范围内,它和周边的大环境(大的几何结构)仍缺少必要的关联性与模式感。 120度角DOF,与60度角A之间缺少关联性,它们不在一个数学模式中。没有条件要创造条件,没有美的模式,没有称心如意的数学模式就创造模式。由已有的120度,60度和目前的几何结构蕴含的暗示与启发,见微知著合情联想到构造60度角产生4点共圆模式,与此同时也预见到会产生正三角形。据此产生构造角BPF的念头,一旦顺应这个念头构造出这个60度的角之后,就引发一连串的多米诺骨牌效应或数学上的连锁反应:它与DOF配合产生4点共圆模式、产生APQ正三角形模式、PO为角平分线。可以感知意识到这些极大地改善了题目的几何结构(环境),此时我们已经进入数学语义丰富域,也就是我们掌握的许多数学知识数学工具此时可以用上了。 后面的分类讨论根据需要自然地就能想到。因为根据TF与TH大小关系(TF<TH、TF>=TH)或者说角THF与45度的大小关系,我们作HF中垂线时,中垂线与PH的交点与TH的位置关系有所不同。例如当TF<TH时,交点在线段TH上。 求最小值,我们优先考虑情况1,这是OF、DF最有可能取得最小值的情况。 对情况1,不同的a值,DF有不同的最小值,例如a=0.1时,DF有许多取值,这些取值中存在一个最小值;对a=0.2也是如此。虽然这些最小值各有不同,但它们都满足同一个必要条件:此时的OM是HF的中垂线。据此我们可求出DF的最小值函数,自身换元后可用判别式法求出最终唯一的最小值,也就是小中取小。 从此题也可得出:数学题或者说数学问题通常都蕴含有最简洁,或最优美的、或最合适的、最贴合的(解题)结构模式/模型与表征形式,这样的结构模式/模型和表征形式直击本质,能优美地消解和转化该数学问题中的主要的本质的矛盾和痛点。我们要用通透系统的数学思维方法论武装头脑,从而在解题思维过程中能独著慧眼,发现这样的结构模式/模型和表征形式。 对此题,我们构造角BPF产生的4点共圆模式、APQ正三角形模式、PO为角平分线就是解决此题最简洁最合适的模式。 第二题如图。 图5 代数解法就不讲了,可以建系或类似坐标解法,高中也可用坐标旋转或复数、向量旋转。 图6 见图6,易知DFN为30度(角DNF为30度)直角三角形,DF/DN=1/2. 倍长BA到Q。DQ=DA+AQ=DA+BA=2DA+BD=2EF+2BE=2BF,故BF/DQ=1/2。 角NDF=DBF=60度,导角易知角QDN=DFB。 故QDN相似BFD,可得角NQD=DBF=60度,故QN为定直线,CQN为30度。过C作垂线CN',即可得出CN最小值为根3,此时对应的DEFG也在三角形ABC中。 合情猜想N点的轨迹在直线上,或者说优先猜想直线,如不对再猜其它,例如圆。又因为两点确定一条直线,故需要选取一个定点,这个定点和N应该是同类(特殊的N点)。其实类似于物理中的参照系或数学坐标系,也启发我们选取一个定点作参考点,最好是选取同类的点(特殊的N点)作参考点。 而Q点就是这样的点。因为D在B点时,矩形DEFG退化为BC线段,DF也退化为BC。DF与对应的N点构成30直角三角形,相应地BC对应的Q点也应构成30度直角,据此自然想到倍长BA得到Q。
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