几何图形在解代数题的应用举隅

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  众所周知,数学是研究现实世界空间形式和数量关系的科学,“数”和“形”必然是数学殿堂里密不可分的两大支柱。如果我们学习中注意两者的有机结合,通过类比、联想、构造图形,常可以使解题简捷,又易理解。现举几个实例:
  例1:设a、b、c、d都是正数,求证:
  证明:∵a、b、c、d都是正数,可作如图1的一个矩形ABCD,取AE=a,EB=b,BF=c,FC=d,由勾股定理,EF=,ED=,FD=,在△EFD中,EF+ED>FD,∴结论显而得证。
  例2:设0°<θ<90°,求证:1<sinθ+cosθ≤。
  证明:如图2,以AC=1为直径作圆,设∠DAC=θ(0°<θ<90°),弦AB=BC=,则AD=cosθ,CD=sinθ,∵AD+CD>AC,∴sinθ+cosθ>1…①,又由托勒密定理,有AB·DC+BC·AD=AC·DB,即sinθ+cosθ=1·BD≤1,∴sinθ+cosθ≤…②,由①②得:1<sinθ+cosθ≤。
  例3:正数x、y、z满足方程组x+y=13y2+z2-yz=25z2+x2+xz=144,求x、y、z的值。
  解:将原方程组变为:
  x+y=13y2+z2-2yzcos60°=52z2+x2-2zxcos120°=122
  由此可知问题转化为图3所示三角形ABC中线段BD、AD、CD之长。
  ∵ S△ABC=S△BCD+S△ACD
  ∴ ×5×12=yzsin60°+xzsin120°即z(y+z)=40
  ∴ z=,从而求出x、y的值。
  例4:设a、b、c是已知正实数,x、y是正实数,且x+y=c,求f=++y2的最小值。
  解:构造图形如图四,DQ=X,QA=Y,AB=a,BC=b,则PD=,CP=
  ∴ f=PD+CP=+≥CD=(定值),当且只当P在CD时等号成立,这时=
  ∴ f的最小值为CD的长,即。
  例5:已知a+b=1,求证a2+b2=1。
  此题很容易证明,只要构造以AC=1为直径的圆及圆内接四边形ABCD,使AD=a,AB=b,(如图5)然后利用勒密梅定理,便可得证。证明过程由读者完成。
  能用这种方法解的题很多,这里不一一例举,总之,解非几何题时,如有可能,把所需要讨论的问题,依照某种方式构造出一个几何图形,把题中的关系(数量关系或其他关系)在图形中体现出来,由于图形上较易理解题设的条件及所要讨论的对象的相互关系,从而获得解题途径。不过,遇到平方关系或ab+cd=ef的形式等,在构造图形时通常需用到勾股定理,余弦定理,托勒密定理或圆幕定理等。有兴趣的读者,不妨一试,下面有几道练习题:
  ①已知a2+b2=1,x2+y2=1,ax+by=0,求证:a2+x2=1,b2+y2=1,ab+xy=0。
  ②设a、b、c、d都是正数,满足=,且a最大,求证:a+b>b+c(提示:利用圆幕定理)。
  ③正数x、y、z满足方程组x2+xy+=25 +z2=9 z2+xz+x2=16试求xy+2yz+3xz的值。
  ④设a为实数f=-,求证:-1<f<1。
  ⑤解方程组: +=5x-y=12
  ⑥在锐角△ABC中,BC=a,CA=b,AB=c,求证:b2-2abcos(C+60°)=c2-2accos(B+60°)
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