钱老师一直反对套路,反对短平快地使用一知半解的结论,因为超出套路之外的原创题(往往在中高考压轴题中出现)会让这些用“查字典”思路来应付数学的学生吃大亏。在将来的各种数学应用场景下,有些看似学过数学的同学却不会灵活应用,大部分原因就在于不能完全理解学过的知识。
今天钱老师就用一道回答学生的答疑题来列示一下,如何从多角度思考,用各种我们掌握的工具去剖析,从而帮助我们更好地理解问题的本质以及解决方法。
我们看第(2)小题的第2小问,求AC长。首先我们要排除一些不相干的信息,比如平行四边形这个条件,和本小问基本是无关的。而等腰三角形ABC和AB中点E这两点,其实和本小题直接相关之处也就在于等腰三角形的三线合一性质,暗指AE⊥EC,AE=8/2=4。
所以题目实际就是给定直角三角形ABC,∠E=90°,AG平分∠EAC,∠AGO=90°,AO=OC。AE=4,求AC。
然后我们分析为什么这样的条件可以唯一确定三角形的形状。比如直角三角形AEC换一个形状,如图所示:
如果我们保持之前的条件,会发现AO不太可能等于OC,也就是说角度或边的比例变化会影响O点在AC上的位置,我们也可以利用设角或设边,最后用O是AC中点作为方程成立的条件去确定这个三角形的具体形状。
比如说,我们设∠EAG=∠GAC=θ,那么AO=AC/2=2/cos2θ。而另一方面,我们通过AG=AE/cosθ=4/cosθ, AO=AG/cosθ=4/(cosθ)²
于是就寻找到等式2/cos2θ=4/(cosθ)²,而cos2θ=2(cosθ)²-1,就可以求得cos2θ=1/3, AC=AE/cos2θ=12。
当然,有些老师会“杠”我说,倍角公式没学过,大家要知道,倍角公式是两角和公式的特例,而两角和公式的证明也可以通过一线三垂直来给出,所以我可以过O作OH⊥EC于H,利用相似表示出OH,或者用OH为三角形AEC的中位线去和相似建立等式。
再通过tanθ=sinθ/cosθ和(sinθ)²+(cosθ)²=1,求出(cosθ)²=2/3,而AO=4/(cosθ)²=6, AC=2AO=12.
当然,除了设角还可以设边,比如AO=m,通过相似、勾股定理以及角平分线分对边成比例定理建立等式关系求解。方程的化简涉及一些合分比知识。(见下图)
一定有同学非常关心这题的平面几何思路是怎样的呢?本题有两组全等三角形,我们看下图:
只要依次证明了这两组全等三角形,我们就可以得到AO=AI+IO=AE+OH=4+4/2=6,AC=2AO=12。但是,问题的关键是,这两组全等三角形是怎么想到的?实际上这题里面隐藏了一个圆,同时和AE,AC和OH相切。切线长AE和AI相等,切线长OI和OH相等。
钱老师个人觉得,相比之下,平面几何的方法难在对问题本质的理解,从而添出的相应辅助线。相比之下,代数,三角的方法更有据可循。当然,如果同学对平面直角坐标系比较熟悉的话,本题还有一种解析几何的方法。基于斜率k的几何意义就是倾角的正切值。tanθ=k,tan2θ=2k/(1-k²)。而O点的横坐标恰好是AE长度的一半。从而求出k和tan2θ的值。
很多同学都觉得,考试的时候,我只要用一种方法能做出来就很好了,但是钱老师需要告诉大家,平时,你有用多种方法解决问题的能力,才能在考试的有限的时间里用最快最好的方法去解决问题,而且基本上知道从某个思路解下去,就一定可以出结果。这就是钱老师鼓励同学们平时多思考,多总结的原因。
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(时间关系,今天就写到这里,希望对大家的学习提高有帮助。还没有看过钱老师规划文章的可以先把下面三篇文章看一看。)
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