GeoGebra进阶系列233:正四面体中的定长线段(异面直线中的定长线段)的中点的轨迹,兼谈“新书出版”和“数学带动着技术”

教育   2024-09-30 18:07   广东  

GeoGebra进阶系列232:两个轮子上的皮带的均匀取点问题(折线图)

GeoGebra是深入数学学科的软件,它的设计者具有非常好的数学修养、数学整体观以及对数学本质的认识。
从这个角度而言,数学带动着技术比如,前面我们已经谈了任意两条垂直直线中的定长线段问题,但在实际制作过程中,还会遇到一些这样或那样的问题,制作不出动态的定长线段的中点的轨迹。

这就要求教师能深刻认识学科内容的本质,深入挖掘信息技术的潜能,使技术为我所用,而不是被技术牵着鼻子走,深化对技术和课程的认识。

最近遇到的案例如下:

此题的动态图和数学解,笔者3年前曾经做过,可参考:
高一月考:2021四面体的异面直线所夹的定长线段的中点轨迹
ggb进阶164:任意夹角的异面直线所夹定长线段的中点的轨迹制作教程(2021高三调研测试第8题)(一般性解决)
效果是很精美的。

某帮的解法如下:

还有黄朝军教授如下的建系解法:

(这个书写精美,解题能力很强,真正好的教学,就得这样)
相比较而言,笔者提供的解法最简单——因为笔者把这个正四面体的顶点放在了轴上(或平行于轴的直线上),这样建系求轨迹是最简单的!
当然,笔者能想出这样的解法,也要归功于GGB对于立体几何有很好的表现力!
然而,笔者之前的做法,应用到了隐式方程,随着GGB的更新,原有的做法失效了。
孙生富大师做了最简单的方法:

看起来非常简洁!

笔者的思考是:

这里的点M、N定义是什么呢?
孙生富老师指出:
M=A/2+B/2+(A-B)/4 sin(α)
N=C/2+D/2+(D-C)/4 cos(α)
并且指明:
异面线段AB与CD相互垂直,它们的中点距离为2sqrt(2),|MN|=3,
因此,M和N距离它的线段中点的距离为sqrt(9-8)=1
笔者当时的提问是:
为何要中点加上(A-B)/4 sin(α)?

群里有老师解析到:

M=A/2+B/2+(A-B)/4 sin(α)
N=C/2+D/2+(D-C)/4 cos(α),
即MN中点轨迹圆半径r=1/2,
M=AB中点+2r*sint,
N=CD中点+2r*cost,t,0,2pi
实际上,这个解读是不对的!
正确的解读为:
abs(A-B)=4
(A-B)/4就是单位向量
距离为1的点到互相垂直线段的投影分别为cos(α)和sin(α)
即笔者所画的示意图:


反思1:这里的sina,cosa,其实可以调换!
这个和二维平面上的定长线段的做法是一样的——妥妥的点的运算法则啊!(向量运算法则)

反思2:推广遇到困难
但是这个方法只适合互相垂直的两条线段!
如果是夹角是任意的两条线段呢?
您会如何绘制吗?
我相信,如果数学上能搞掂,GGB也肯定能绘制出来!
您可以思考,尝试,并且和笔者交流!
最后,此例的具体指令为:(孙生富)

也可以像其他老师学习孙生富课件之后的指令:(江苏王鑫、贵州聂祥猛等老师)

最后,请您支持笔者的新书,笔者已经拿到了第二次排版的校对稿,下面是部分目录等:

这是目前市面上以问题为导向的第一本关于GGB的书籍,能写成这样的书籍,既要有对GGB学习的深厚经验,又要有对数学的深度理解

……

希望能得到大家的支持,同时,目前的盗版是猖獗的,出书是费力费钱的,希望大家也引以为戒。

GeoGebra与数学深度融合
1,利用神奇软件GeogGebra探索和讲述初高中数学的各种重要解题模型,形象生动的阐述解题思路,变式研究,编制原理;2,探索GeogGebra和数学课程教学的深度融合;3,研究中高考数学综合题的教与学,教育方法,育人理念,教研体会
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