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著名的数学家保罗·哈尔莫斯说过:“数学究竟是由什么组成?公理?概念?定义?方法?诚然,没有这些组成部分,数学就不存在,这些都是数学的组成部分.但是,他们中间任何一个都不是数学的心脏——数学家存在的理由是解决问题,因此数学真正的组成部分是问题与解.”
在苏教版高中〈必修五〉的第一章解三角形中,有正弦定理和余弦定理的内容,而正,余弦定理也是高考的重要内容之一,它通常会与三角,向量,函数等内容相结合,下面就通过一题多解,来谈谈对学生思维培养.
例题 如图:已知等腰三角形ABC的腰AC上的中线BD长为2,则△ABC的面积的最大值是多少?
分析:因为D为AC的中点,所以S△ABC=2S△ABD,然后设AD=x,则AB=2x,这样这个三角形的三条边长都有了,再利用余弦定理及同角三角关系求解.
解法一:设AD=x,则AB=2x,由面积公式得:
S△ABC=2S△ABD=2·12AB·BD·sin∠ABD=4x·sin∠ABD=4x1-cos2∠ABD,
在△ABD中,cos∠ABD=AB2+BD2-AD22AB·BD=4+4x2-x28x=3x2+48x代入上式得:
S△ABC=4x1-4+3x28x2=-94x2-2092+649.
由构成三角形的条件:2x+x>2x+2>2x解得:23<x<2,
故当x=253,S△ABC取得最大值83.
分析:抓住BD这条已知的边,建立坐标系,设A的坐标建立等量关系求解,这样拓展了学生的解题的思路,也很好地把坐标化的思想进行了渗透.
解法二:以BD所在的直线为x轴,BD的垂直平分线为y轴建立如图所示的直角坐标系,则B(-1,0),D(1,0),设A(x,y),则由AB=2AD得:(x+1)2+y2=2(x-1)2+y2,
即:x2-103x+y2+1=0,故y2=-x2-103x+1=-x-532+169≤169,
所以|y|≤43,所以S△ABC=2×12×BD×|y|=2|y|≤83.
分析:由于前面刚讲过三角函数,引导学生思考.要求的面积怎么来表示?设哪个角比较方便地表示边?表示哪条边?这样一步步地向前引导.引进角这样一个变量,把边转化成用角来表示,然后用三角里面的知识处理最值问题.
解法三:过D点作DE⊥BC于E,过A点作AF⊥BC于F,
设∠DCB=θ,则DE=2sinθ,AF=4sinθ,又∵E是FC的中点,F为BC的中点,
∴BF=43cosθ,BC=83cosθ,S=12×83cosθ×4sinθ=83sin2θ,
∴当θ=45°时,Smax=83
分析:解法一是求的△ABD的面积,△ABC的面积好不好表示呢?设AD=x,那么底BC的长好不好用x来表示?注意到∠ADB+∠CDB=180°,它们的余弦值互为相反数,这样建立联系.再利用在直角ABF中,把高AF的长求出来,进而问题获解.
解法四:
设AD=x,
则CD=x,AB=2x,在△ABD中,cos∠ADB=BD2+AD2-AB22AD·BD=4+x2-4x22·2·x,
在△BCD中,cos∠BDC=BD2+CD2-BC22BD·DC=4+x2-BC22·2·x,
又∵∠ADB+∠CDB=180°,∴cos∠ADB=-cos∠CDB,∴BC=8-2x2
又∵在Rt△ABF中,cosB=BFAB=128-2x2x=
8-2x24x,
∴sinB=1-8-2x216x2=18x2-84x
∴S=12BC·AF=128-2x2·2x·18x2-84x=14(8-2x2)(18x2-8)=
-94x4+10x2-4=
-94x2-2092+649
由构成三角形的条件:2x+x>2x+2>2x解得:23<x<2,
故当x=253时,S△ABC取得最大值83
分析:利用海伦公式主要是拓展一下学生的思维.
解法五:设AD=x,则AB=2x,
由海伦给出的三角形面积公式:
S=p(p-a)(p-b)(p-c),p=12(a+b+c)
S△ABC=2S△ABD=
232x+132x+1-x32x+1-2x32x+1-2
=294x2-11-14x2
=-94x4+10x2-4=
-94x2-2092+649
由构成三角形的条件:2x+x>2x+2>2x解得23<x<2,
故当x=253时,S△ABC取得最大值83
在苏教版高中〈必修五〉的第一章解三角形中,有正弦定理和余弦定理的内容,而正,余弦定理也是高考的重要内容之一,它通常会与三角,向量,函数等内容相结合,下面就通过一题多解,来谈谈对学生思维培养.
例题 如图:已知等腰三角形ABC的腰AC上的中线BD长为2,则△ABC的面积的最大值是多少?
分析:因为D为AC的中点,所以S△ABC=2S△ABD,然后设AD=x,则AB=2x,这样这个三角形的三条边长都有了,再利用余弦定理及同角三角关系求解.
解法一:设AD=x,则AB=2x,由面积公式得:
S△ABC=2S△ABD=2·12AB·BD·sin∠ABD=4x·sin∠ABD=4x1-cos2∠ABD,
在△ABD中,cos∠ABD=AB2+BD2-AD22AB·BD=4+4x2-x28x=3x2+48x代入上式得:
S△ABC=4x1-4+3x28x2=-94x2-2092+649.
由构成三角形的条件:2x+x>2x+2>2x解得:23<x<2,
故当x=253,S△ABC取得最大值83.
分析:抓住BD这条已知的边,建立坐标系,设A的坐标建立等量关系求解,这样拓展了学生的解题的思路,也很好地把坐标化的思想进行了渗透.
解法二:以BD所在的直线为x轴,BD的垂直平分线为y轴建立如图所示的直角坐标系,则B(-1,0),D(1,0),设A(x,y),则由AB=2AD得:(x+1)2+y2=2(x-1)2+y2,
即:x2-103x+y2+1=0,故y2=-x2-103x+1=-x-532+169≤169,
所以|y|≤43,所以S△ABC=2×12×BD×|y|=2|y|≤83.
分析:由于前面刚讲过三角函数,引导学生思考.要求的面积怎么来表示?设哪个角比较方便地表示边?表示哪条边?这样一步步地向前引导.引进角这样一个变量,把边转化成用角来表示,然后用三角里面的知识处理最值问题.
解法三:过D点作DE⊥BC于E,过A点作AF⊥BC于F,
设∠DCB=θ,则DE=2sinθ,AF=4sinθ,又∵E是FC的中点,F为BC的中点,
∴BF=43cosθ,BC=83cosθ,S=12×83cosθ×4sinθ=83sin2θ,
∴当θ=45°时,Smax=83
分析:解法一是求的△ABD的面积,△ABC的面积好不好表示呢?设AD=x,那么底BC的长好不好用x来表示?注意到∠ADB+∠CDB=180°,它们的余弦值互为相反数,这样建立联系.再利用在直角ABF中,把高AF的长求出来,进而问题获解.
解法四:
设AD=x,
则CD=x,AB=2x,在△ABD中,cos∠ADB=BD2+AD2-AB22AD·BD=4+x2-4x22·2·x,
在△BCD中,cos∠BDC=BD2+CD2-BC22BD·DC=4+x2-BC22·2·x,
又∵∠ADB+∠CDB=180°,∴cos∠ADB=-cos∠CDB,∴BC=8-2x2
又∵在Rt△ABF中,cosB=BFAB=128-2x2x=
8-2x24x,
∴sinB=1-8-2x216x2=18x2-84x
∴S=12BC·AF=128-2x2·2x·18x2-84x=14(8-2x2)(18x2-8)=
-94x4+10x2-4=
-94x2-2092+649
由构成三角形的条件:2x+x>2x+2>2x解得:23<x<2,
故当x=253时,S△ABC取得最大值83
分析:利用海伦公式主要是拓展一下学生的思维.
解法五:设AD=x,则AB=2x,
由海伦给出的三角形面积公式:
S=p(p-a)(p-b)(p-c),p=12(a+b+c)
S△ABC=2S△ABD=
232x+132x+1-x32x+1-2x32x+1-2
=294x2-11-14x2
=-94x4+10x2-4=
-94x2-2092+649
由构成三角形的条件:2x+x>2x+2>2x解得23<x<2,
故当x=253时,S△ABC取得最大值83