不应有的“困惑”

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  文[1]和文[2]均就几何题中“如图”的用法这一问题,阐述了各自的观点.文[1]对怎样正确处理“如图”与“无图”的问题感到困惑,但倾向于,当几何题中有“如图”时,应只按“如图”求解;文[2]则认为,几何题中的“如图”有时会看不清,应将其视为草图,解题时,不能只考虑“如图”所代表的情况,还应考虑符合题意的其他图形所代表的情况.
  读了文[1]、文[2]后,笔者受益匪浅,但对两文的上述看法,却难以苟同.现谈谈自己的看法,不当之处,敬请指正.
  为了能透彻剖析“如图”的用法,首先,根据几何题的特征,把几何题分成两类:第一类是,突出点、线、面的运动变化等特征,强调在运动变化的过程中探索结果,不妨将这类问题称为动态几何题.第二类是,不强调第一类的特征,其结果无须在运动变化的过程中求出,而且当问题所包含的情况不止一种时,这些情况都是彼此孤立的,均属静态的,因而可将其称为静态几何题.
  对于动态几何题来说,因为它要考察的几何对象,一般与平移、旋转、翻折、滚动等运动形式有关,其运动变化所引发的结果,又往往是该类问题要探寻的目标,所以求解此类问题时,必须对运动变化的整个过程进行全面分析,即针对变化过程中每一环节的运动状态及不同环节之间的联系,由此及彼、由表及里的深入,层层推进、寻根究底的挖掘.但是,由于几何对象运动变化的过程是连续不断的,而一个图形所表示的状态却是静止不变的,故几何对象运动变化的整个过程,不可能(也没有必要)都用图形全部画出来.因此,动态几何题中的“如图”,只能作为整个变化过程中的一个“关节点”,通过它起到引发或促进思维的作用,进而更加准确地把握运动变化的全过程.可见,这时的“如图”可视为一个草图,只有一点参考价值.解题时,不能只按“如图”机械地求解,而要对运动变化过程中所有可能的情况条分缕析,并要适时画出新图加以说明.
  例1如图1,在矩形ABCD中,AB=2,BC=4.将该矩形折叠,使点B落在边AD(含端点)上,落点记为E,这时折痕与边BC(或CD)(含端点)交于点F,然后展开铺平,则以B、E、F为顶点的△BEF称为矩形ABCD的“折痕三角形”.问:该矩形是否存在面积最大的“折痕三角形”?若存在,说明理由,并求出此时点E的坐标;若不存在,也请说明理由.
  图1图2图3简析因为“折痕三角形”的面积随着点F位置的变化而改变,所以该题是一道动态几何题.要探究“折痕三角形”的最大面积,应根据点F位置的变化,分为不同的“阶段”进行考察.
  解矩形ABCD的折痕△BEF存在最大面积,其最大面积为4.理由如下:
  (1)当点F在边BC上(如图1)时,因为S△BEF=112BF·CD≤112BC·CD=112S矩形ABCD=4,所以,当C、F两点重合(如图2)时,△BEF的面积为4.
  在图2中,易知CE=CB=4,DE=CE2-CD2=23,得AE=4-23,从而E(4-23,2).
  (2)当点F在边CD上(如图3)时,过点E作EM⊥BC,垂足为M,且EM交BF于点N.根据(1)易知S△BEN≤112S矩形ABME,S△FEN≤112S矩形CDEM,显然,当EM=EN时,两式中“=”成立.
  再将两式相加,得S△BEF≤112S矩形ABCD=4,并由EM=EN知:当C、F两点重合或A、E两点重合时,△BEF的面积为4,且有E(4-23,2)或E(0,2).
  总之,折痕△BEF的最大面积为4,且E(4-23,2)或E(0,2).
  对于静态几何题来说,由于不考虑几何对象运动变化的过程,它往往具有“单纯”、“静止”、“间断”的特点,而这些与动态几何题“连续性”变化的特点是有本质区别的,绝不能混淆.有时候,静态几何题的文字语言所描述的题意,虽然可分为几种情况,但它们之间却是“孤立”的、“跳跃式”的.正因为该类几何题有这些特点,所以用一个图形或几个图形,就能把它所包含的情况准确地刻画出来,并且一个图形只能与一种情况相对应.因此,求解这类几何题时,既要考虑文字语言的作用,更应重视图形对题意的“界定”作用.如果问题中没有图形,就意味着该题不受“如图”的限制,这时若有不同情况,就应考虑所有可能的情况,并针对每一种情况(有时需要画出图形)分别求解;如果问题中已有图形,从文字语言与图形语言相统一的角度来看,问题只能按“如图”的含义来求解,而不能随意改变它.否则,就是偷换了论题,违反了同一律.
  例2如图4,⊙O的直径CD=10,弦AB=8,AB⊥CD,垂足为M,求DM的长.(见文[1])
  解连接AO,在Rt△AOM中,由勾股定理知OM=3,从而DM=5+3=8.
  图4图5例3如图5,已知线段AC与BD相交于点O,连接AB、CD,E为OB的中点,F为OC的中点,连接EF.问:由∠OEF=∠OFE,AB=CD,能否推出∠A=∠D?(见文[1]、文[2])
  解在图5中,分别过点B、C依次作AO、DO的垂线,通过证三角形全等的方法,即可推出∠A=∠D(文[1]中已有证明,恕不复证).
  图6图7图8说明:(1)如果例2中没有图4,例3中没有图5,那么它们都变成了“无图”的几何题,这样就不再受图形的限制了.因此,求例2中的DM时,除上述图4的情况外,还应考虑垂足M在半径OD上的情况,故DM的长应改为8或2.而对于例3,除上述图5的情况外,还应考虑到图6、图7、图8所代表的情况.因为对于图6和图7,均有∠A≠∠D,对于图8,有∠A=∠D(文[2]中已有论述,不再重新证明),所以应把上述结论改为不一定能推出∠A=∠D.
  (2)由说明(1)知,对于静态几何题来说,“有图”与“无图”,其情况大不相同,绝不能将它们混淆或等同起来.否则,将会像文[1]那样,对如何运用“如图”感到困惑,甚至还会造成思维混乱,使计算、推理发生错误.
  上述分析及例题均表明,弄清楚几何题所属的“动”、“静”类型,是正确运用“如图”的关键.文[1]、文[2]的看法,均没有根据几何题的“动”、“静”类型做具体分析,显然是不妥当的.至于文[2]认为:“几何题中的‘如图’所表示的情况,当其差别很小时,‘用肉眼’难以辨别清楚”.这种担心是不必要的.事实上,要单独使用图形来表示这种细微差别的人是没有的,一般都还会采用其他措施作必要的补充说明.例如,当表示一个角是直角时,除了要把两边画成垂直外,还要用直角符号“┐”标示出来;而如果要表示一个角接近于直角,那么在画出该角的同时,还要用数据或其他方法对该角的大小进行辅助说明(如∠BAC=87.75°,∠BD1C=92.25°,见文[2]).可见,在几何题中,只要能“交代”清楚,即使是“如图”上的细微差别,也都是清晰可辨的(注:文[2]中所说的看不清的图形,其实都能看清楚).如果一定要说存在看不清的图形,那这个图形一定是命题人没画清楚(或缺少必要说明)的“坏”图.若引用这样的图形来说事,就很难保证思维的确定性和正确性,无论得出怎样的结论,都是不严肃的,难以令人信服.
  综上所述,在解答几何题时,应注意“无图”与“有图”的区别,二者不能混淆.对于“无图”的情况,只需根据文字语言所描述题意求解即可;而对于有“如图”的几何题来说,其“如图”可否视为草图,是否需要讨论?取决于“如图”所属的几何题的“动”、“静”类型,并非取决于“如图”是否清楚.“如图”清楚与否只是一个图形质量优劣的问题,这当然与几何题的“动”、“静”类型无关,自然无须据此加以讨论.
  参考文献
  [1]李玉荣.几何题的“如图”之我见[J].中学数学杂志,2010(6):62-63.
  [2]朱美香.也谈“如图”与“无图”的困惑[J].中小学数学,2012(12):39.
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