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      解題研究 | 形如 a m·b 型結構最小值問題(阿波羅尼斯圓和胡不歸兩類問題)

       周原樵翁 2019-10-10

      文章轉自:初中數(shù)學綜合題的教與學;作者:劉護靈

      開篇:學問學問,就是邊學邊問,邊問邊學。沒有問題,或者提不出問題,或者害怕提出新問題,或者只會短時間的按照已有的模式套路解決已有的問題,而不能解決暫時無套路的新問題,正是應試教育的悲哀,也是為考而教的不足,泯滅的可能是學生個人甚至民族的創(chuàng)造力。


      有些社會補習機構把數(shù)學解題學習異化為“記模型”“練模型”“套模型”的應試訓練,表面上可以對付平時的考試(因為平時的考試出題時沒有像出中高考題需要數(shù)位專家長達1月以上的出新題的過程),由此帶來學生的思維固化?;诖耍P者在2016年申報了一個課題《在科雅育人的理念下培養(yǎng)學生的數(shù)學創(chuàng)新思維》,在2018年結題,但是研究并未結束。本公眾號當時就為這個課題而建設?,F(xiàn)在繼續(xù)開展這個課題的研究。


      出發(fā)點:數(shù)學教學離不開解題教學。但解題教學要在解決問題中實現(xiàn)數(shù)學育人的功能


      一、問題背景
      “a + m·b”型的最值問題是近幾年中考考查的熱點更是難點. 當m值為1 時,即可轉化為“a + b”之和最短問題,就可用我們常見的“飲馬問題”模型來處理,即可以轉化為軸對稱問題來處理.

      而當 m 取任意不為1 的正數(shù)時,若再以常規(guī)的軸對稱思想來解決問題,則無法進行,因此必須轉換思路.

      此類問題的處理通常以動點 P 所在圖像的不同來分類,一般分為 2 類研究. 即點 P 在直線上運動( 胡不歸) 和點 P 在圓( 阿氏圓) 上 運動. 先來看看何為“阿氏圓”. 

      (阿波羅尼斯(約前 262~約前 190),古希臘人,數(shù)學家.他的著作《圓錐曲線論》是古代世界光輝的科學成果,阿波羅尼斯圓即來源于其中的幾何問題.

      二、預備知識
      這個軌跡最先由古希臘數(shù)學家阿波羅尼斯發(fā)現(xiàn),故稱阿氏圓


      令人好奇的問題1:如何在ggb或幾何畫板中,直接作出阿氏圓?
      筆者探索許久,得到兩種方法:
      一個是代數(shù)法(先建系),一個幾何法(圓截取)
      效果圖:

      那么如何證明這個點P的軌跡是一個圓?

      對于初中學生,需要用兩次角平分線定理,但學生可能理解上有一定的困難。

      對于高中學生,可以建系利用解析幾何的方法來證明。

      所以這個內(nèi)容是放在高中才學的,但是現(xiàn)在部分省市有時中考也考阿氏圓(其實不應該啊)。



      典型例題和變式:
      例1:如圖1,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,CB=4,CA=6,⊙C半徑為2,P為圓上一動點,連結AP、BP,求AP+1/2BP的最小值.
      (1)嘗試解決:為了解決這個問題,下面給出解題思路:
      如圖2,連接CP,在CB上取點D,使CD=1,
      則有CD/CP=CP/CB=1/2,
      又∵∠PCD=∠BCP,∴△PCD∽△BCP.
      ∴PD/BP=1/2,∴PD=1/2BP,
      ∴AP+1/2BP=AP+PD.
      接下來就容易了
      當A、P、D三點共線時,AP+PD最小,即最小值為AD的長根號下37.
      反思1:在CB上取點D,使CD=1這個是怎么想到的?本質(zhì)是什么?
      實際上,構造△PCD∽△BCP,把1/2BP轉化為PD是關鍵所在.
      (2)自主探索:在“問題提出”的條件不變的情況下,
      1/3AP+BP的最小值為——.
      (3)拓展延伸:已知扇形COD中,∠COD=90°,OC=6,OA=3,OB=5,點P是弧CD上一點,求2PA+PB的最小值——.
       實戰(zhàn)分析
       



      動畫理解題意:
      解決:

      套路總結

      (看看,本來沒有套路,研究的人多了,總結出套路來了。

      (總結出套路沒什么不對,解析幾何的“建,設,限,代,化”不是也是套路嗎?根據(jù)皮連生教授廣義教與學的理論,學習解題步驟就是掌握一種高級規(guī)則)

      阿氏圓基本解法:構造相似


      后續(xù):阿氏圓的問題是不是應該放在高中更加合適?

      結論:

      1.到兩定點的距離之商為定值的點的軌跡是阿波羅尼斯圓。
      2.到兩定點的距離之和為定值(比這兩點之間的距離要大)的點的軌跡是橢圓。
      3.到兩定點的距離之差為定值(比這兩點之間的距離要小)的點的軌跡是雙曲線。
      4.到兩定點的距離之積為定值的點的軌跡是卡西尼卵形線。

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