2024河北中考数学第25题几何最值问题的解与教

文摘   2024-07-10 16:34   广东  

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①文中广告,跳过即可,希望不会影响到大家阅读哈~~

②最好使用平板电脑阅读,效果较佳;

③本文中的教学设计目标定位培尖层次。

期末统测成绩出来了,总体跟我的预期差不多吧,前两名的陈同学和钟同学,由于实力过于强悍(当然也与我对他们的辅导分不开),这次发挥稳定,取得119和118的高分,实在是可喜可贺!
119差一分我就是满分状元之师啦,貌似状元之师总跟我擦肩而过,2017有个学生中考出来见到我跟我说压轴题都做出来了,我心想这次满分应该八九不离十了吧,谁知道最后放榜差那么几分,2022有个实力也过于强悍,我也心想只要正常发挥,应该没有题可以难住这家伙吧,最后还是没有满分,不过人家最后考去了华附,成绩也很优秀。反正努力了就行,有没有满分状元不重要,重要的是我怎么如此的优秀,瞧——2024广东中考数学第22题几何存在性问题的的解与教,截止现在阅读5669,点赞35,转发596,在线看13,留言14,想不到我随手写的一篇教学记录竟广为流传,哈哈~~
这说明把数学思维的方式、方法极力地还原并呈现给学生,而不是读答案,照本宣科,受到了大家的欢迎和认可,这将激励着我继续前行,哈哈~~
今天跟大家分享一下我对今年河北中考的第25题的理解。

2024河北中考数学第25题(如上),难度相当大,记得我第一次做这个题的时候,绞尽脑汁琢磨动点轨迹,但最终无功而返,只得另行其道,今天就该题从“怎么解”和“怎么教”两方面简要说一下我的想法,不当之处望大家批评指正。
(一)怎么解?
(1)关键求圆心角∠AOB,故连AO、BO,如下图:

显然由AO=BO=AB=3,知

△ABO为等边三角形


∠O=60°

所以

m(mersure)弧AN=m弧AB=(1/6)π6=π.

(2)构造点B到OA距离BG,过O作OH⊥MN于H,如下图:

易证得

四边形BGOB为矩形

从而

BG=OH

在Rt△OHN中,应用垂径定理和勾股定理,易得弦心距

要求x,即BN的长,关键是求BH,由矩形对边相等,可转化为求OG:

Rt△ABG中,应用勾股定理,易得

由此

OG=OA-AG=3-√5

故此

BN=BH+HN=OG+HN=(3-√5)+√5=3.

(3)①依题意,AC必过圆心O,过O作OK⊥于K,作图如下:

由AB//OK,显然有

△OKC∽△ABC


②延用d为OK,连接OB、OA,如下图示:

当且仅当OB⊥MN,即B与H重合时,等号取得.
(二)怎么教?
我把我的解法方法告诉我的同事时,她有点惊讶,说最后一问参考答案给的是构造一线三直角模型进行求解,我看了反而有点懵,反正我是想不到构造这样的模型来解答的,我个人认为我的思路是比较自然的,但需要有一定的技巧,教学上如何引导学生呢,且听我慢慢道来哈(以下为教学过程中的简要过程)~~
我:同学们,今年河北中考考了一道在圆中求弦心距最值的几何问题,这类问题我们接触得比较少,大家先做一做,等下我们一起来分析。
巡堂的过程中,发现大部分同学前两问都做得比较好,主要卡在了第(3)问。
我:同学们,前两问大家都做得不错,哪位同学先来跟我们分享一下第(1)问的解答?
生:老师,我来!连接AO、BO,得到的△AOB为等边三角形,所以∠O=60°,根据弧长公式,可得……
我:为什么要连接AO、BO?
生:因为这样就有了圆心角,求出圆心角的度数以后,就知道了弧长占周长的比例。
我:回答得非常好!那大家知道为什么这一问不求劣弧AM的长吗?
学生想了一会儿后,回答道:因为∠AOM不是特殊角!
我:对,初中求弧长的问题,弧所对的圆心角往往是特殊角,所以要看它所在的三角形有什么特殊性。现在我们来看第(2)问,大家觉得解答这个问题首先要干什么?
生:画图!
我:画什么图,能不能说得具体一些?
生:把题干要求的“点B到OA的距离”构造出来!
我:很好,这是做题的第一步!
于是,我按学生要求画出如下示意图(过B作BG⊥OA于G):

我:同学们,BG所在的Rt△ABG中,仅已知AB=3,无法利用勾股定理求BG?怎么办?哪位同学来说一说!
生:把它转化到OH(指弦心距OH)!
示意图如下:
我:为什么要这么转化?你是怎么想的?
生:因为平行线之间的距离处处相等,所以将BG挪到OH!
我:那你为什么偏偏挪到OH,不挪到其它任何一个位置?
生:因为这个位置比较特殊,是弦心距,会产生“金三角”(注:这是半径、半弦、弦心距构成的Rt△的简称),可以利用垂径定理和勾股定理来求解!
我:大家觉得这样转化好不好,妙不妙?
其它同学:妙!我也是这么干的~~~
我:那下面我们就随便构造一个“金三角”来计算吧,连接ON(如下图). 哪位同学来说一下求解的过程?

生:由垂径定理知HN=0.5MN=√5,又半径ON=3,所以在Rt△OHN中,由勾股定理可得OH=2.
我:很棒!所以点B到OA的距离是2,还有一个x的值要求,即求BN的长,大家有什么想法?
生:关键求BH.
我:怎么求?哪位同学来说一下。
生:我是这么做的:在Rt△ABG中,AB=3,BG=OH=2,利用勾股定理算出AG=√5,所以OG=OA-AG=3-√5,所以BH=OG=3-√5.
我:回答得很好,所以BN=BH+HN=(3-√5)+√5=3. 
教学至此,我发现了“新大陆”,BN竟然与AO相等!因此,我继续延伸开来。
我:同学们,BN=3这个数据,大家有没有发现它的特殊性呀?
学生灵机一动:啊!是半径!
我:OA对吧!由此,可以联想到该图中必产生什么特殊图形?
生:四边形ABNO必为平行四边形。
我:很好!那么我们能否通过证明四边形ABNO为平行四边形来说明BN=3呢?大家思考一会儿!
我简化图形如下:

学生***展示自己的思路:已有BN//OA,目标是证明平行四边形,由BN=OA=3是未知结果,所以不能考虑一组对边平行且相等的判定,我是想考虑证明AB//ON,但是目前只有AB=ON=3这个数量关系,平行的位置关系暂时还没想到破解的办法。
我:***思路很清晰呀,掌声鼓励!大家先回忆一下常见判定两线平行的方法有什么?
生:找三线八角关系!
我:对!从BN//OA出发,我们可以得到∠A=∠ABM,若要AB//ON,必需具备什么条件?
学生异口同声:∠N=∠ABM!
我:对,但是大家转化得还不够“狠”!
一学生:N=∠A!
我:为什么这个方案更好?
生:因为Rt△ABG≌Rt△NOH(HL)
此处大家恍然大悟,掌声四起!
我:其实也可以避开全等,大家看大佬的,sinA=2/3=sinN→∠A=∠N!用三角形函数实现了边角跨越!
大家再次恍然大悟,妙啊,掌声四起
我继续补充道:求角困难要看边!好了,现在我们来看大家都做得比较吃力的第(3)问,先来看①问,解题的第一步是画图吧,哪位同学来展示一下你的“作品”,并简要说明画图思路。
学生展示下图,并解释道:AC过圆心!

我追问道:为什么呀?很多同学就没有发现AC必过圆心,所以就只能干巴巴瞎着急了!
该学生解释道:切线与半径互相垂直。
我补充道:***的几何直觉很好,但理由的表述还不够准确,我把她刚刚的意思重新表述一下,大家看对不对——看下图,我们知道切点的半径垂直于切线,即OA⊥l,再看题干条件,“过A的切线与AC垂直”,说明AC⊥l,因此我们可以得到A、O、C三点共线,则AC必过圆心O!大家知道背后的原理是什么吗?

学生异口同声的喊出:过一点有且只有一条直线与已知直线垂直!
我:对!这一点指的就是A!!!
此处响起第3次掌声!
我:面对几何问题,大家一定要大胆猜想,小心求证!好了,现在图形出来了,大家会求O到BC的距离d了吗?
学生基本都能构造相似三角形来计算d的长度,详见第一部分“怎么解”中的过程,此处略去。
我:现在大家来看最后一问,大家都束手无策了哈,别着急,耐心一点,其实这个题很简单,只需要灵活转化+一点点技巧。我们先来看下面这个图(作出d→OK):

为什么OK会有最小值?
生:因为BC的位置会变化,所以OK的长度也会变化,因此可能存在最值。
我:很好,这点大家都懂,按我们之前解决动点、动线段等几何动态问题的常规思路,应该先重点关注什么?
生:轨迹!
我:对,谁的轨迹?
生:K点的轨迹!
我:很好,大家时间允许的情况下不妨多画几个K点出来探究,你将会发现K的轨迹既不是线型,又不是圆弧型,而是一条不规则的曲线,老师用几何画板给大家演示一遍,如下图示:

可见出题人不按套路出牌啊!怎么办?
学生捶桌,喊道:“哎呀!被骗了!凉拌!炒鸡蛋!”
我:淡定、淡定、请淡定!既然难以发现并利用K的轨迹来解答问题,那么这个时候我们就要学会变通,把OK转化为其它线段来表示。大家看看有什么方案?
学生各抒己见:连OB,则OK=sqrt(OB^2-BK^2);连OC,则OK=sqrt(OC^2-CK^2)……
我:大家都找到了OK所在的几何“背景”,很好,但是大家来看这两种方案,还是有一定区别的:OK转化为OB和BK来表示,起码B点的运动轨迹我们是清晰的,但如果OK转化为OC和CK来表示,我们对C点的轨迹一无所知,所以相比之下,我们优先采用第一种方案来尝试分析。大家现在思考一个问题:当B点从N→M移动时,OB和BK的大小是如何变化的?
生:OB先变小,再变大,但BK不太确定,应该是也是先变小再变大吧。
我:对,OB的变化规律是显然的,关键是BK,但退一步讲,即便OB和BK两线段先变小再变大,也难以说明OK的变化规律吧!特别是BK这条线段,既然不好判断,能不能把它替换掉?
学生专注地思考着,没有什么方向,于是我再提示道:记不记得我在第(2)问的时候提到过“求角困难要看边”,反过来,“求边困难要看角”!

学生恍然大悟:OK=OB×sin∠OBK!

示意图如下:

我继续乘胜追击,问道:那么∠OBK的大小随B的移动(N→M)而发生怎样的变化?为什么?
生:应该在减小,但是不好说理!
我补充道:这里需要用一点点技巧,连OA之后(如下图),大家看△AOB是什么三角形?∠OBK还可以怎么转化?

生:△AOB为等腰三角形!∠OBK=0.5∠OAB!
我:对!非常好,现在大家可以判断∠OBKB的移动(N→M)而发生怎样的变化了吧?
生:也是先减小,再变大!
我:为啥呀?
学生异口同声:大边对大角,小边对小角……
我:行,既然如此,那么显然,当OB最小时(此时OB⊥MN,B与H重合),sin∠OBK的值也是最小的,因此OK的值也取得了最小!如下图示:

则OKmin=OH×sin(0.5∠OAB)=2×1/3=2/3.
以上就是我针对此题的解与教。时间仓促,以上内容难免有误,欢迎批评指正!






大佬说数学
初中数学老师,曾被聘广州某区中心组成员,擅长命题、解题、讲课……记录、分享教学的点滴思考,立足广州、放眼全国,哈哈~~
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