试探面积法在初中数学解题中的运用

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  在中学数学中,关于面积和面积法相关知识的教学已达到一定深度。通过对面积和面积法的学习,一方面,能够使学生更好、更直观地学习、理解和掌握数学知识;另一方面,通过学习面积法,构建“数形结合”几何模型,能将中学数学中一些较为抽象和代数化的知识进行更为直观、具象的几何解释。对此,教师必须更加深入地研究和探索面积及面积法的相关发展历程、概念,以及其在中学数学解题中的巧妙运用,来增强中学生数学思维的灵活性,提高学生的数学素养。
  一、中國古代数学的面积发展史
  面积的发展史最早可以追溯到古埃及时期,其在中国的发展也同样历史悠久,源远流长。与其他古代文明相比,面积在中国数学史上的发展有着独特的风格和特色,其在中国古代主要用于田垄、土地的测量。早在公元前2世纪,中国古代数学家就著有《算术书》,这是中国数学史上首次系统性地提出和阐释面积相关的算题,其中包括对田地的测量、土地税征收,以及与实际生产生活密切联系的面积问题。
  二、面积的计算
  1.与面积相关的公式
  第一,三角形的面积公式:三角形底边a乘以高h除以2,数学公式表示形式为S=ah;第二,梯形面积公式:梯形上底a加下底b乘以高h除以2,数学公式表示形式为S=(a b)h/2;第三,矩形面积公式:矩形的长a乘以宽b,数学公式表示形式为S=ab;第四,平行四边形面积公式:底边a乘以高h,数学公式表示形式为S=ah;第五,两个全等的平面图形的面积相等;第六,任何一个封闭的平面图形,其总面积等于各个部分面积相加之和。
  2.与面积相关的定理
  第一,两个相似的三角形的面积比与相似比的平方相等;第二,两个三角形的底边跟高若是相等,则这两个三角形的面积相等;第三,梯形、三角形、平行四边形等平面图形,若底和高都相等,则面积相等;第四,两个三角形的对应边相等且夹角互补,则这两个三角形的面积相等;第五,相互等角或相互补角的两个三角形的面积之比,等于夹角或补角的两边的乘积的比;第六,等角的平行四边形面积比等于夹等角的两边乘积的比。
  三、面积法在初中数学解题中的应用
  中国著名的院士张景中在《仁者无敌面积法》中大量运用面积法进行几何图形求解及证明,充分证明了面积法在解题中的优越性。在中学数学解题中,面积法既可以用来计算平面几何图形的大小,又可以将面积作为一个桥梁以求解,或证明其他一些表面相似,以及看似无关实则相关的非面积几何问题和代数问题。以下,笔者就简要介绍面积法在初中数学解题中的几种应用。
  1.面积法建构几何等量关系求解边长
  如“已知△ABC,把AD设为Rt△ABC的斜边BC上面的高,并且设定AB=45,AC=60,对AD进行求解,即求AD。”本题是中学数学中最常见的直角三角形求高问题。一般解题思路主要是依据相似三角形和勾股定理进行求解,解题过程较为复杂,而采用面积法建构等量关系,使得解题更为高效、快捷。学生从已知条件中得知题中有两个垂直关系,根据勾股定理可先求出线段的长,再根据面积法建构几何等量关系AB·AC=BC·AD,从而求出线段AD等于36。
  2.面积法求证线段比例等式
  采用面积法证明线段的比例等式十分巧妙,其通过构建面积这一桥梁,来证明几何图形的线段比例等式关系,直观而又清晰,极易为多数初中生所接受。如已知△ABC,设E为AD的中点,通过对BE进行连接,并且把它延长交AC于点F,设BD∶CD=2∶1,求证AF∶FC=2∶3。对于该证明题,我们可以通过面积法进行求证。首先, 对CE进行连接,设S△CED=x,由于AE=DE,可以知道S△ACE=x,由BD∶CD=2∶1,可以知道S△BED=2x;由AE=DE,得出三角形AEB的面积等于三角形BED;设S△EFC=y,则可以得到等式,计算得出x=y。
  3.面积法计算概率
  中学数学教材也有涉及概率的内容。当计算一些较为简单的随机事件所发生的概率时,除了使用列表分析法之外,学生还可以采用面积法进行计算。如在解“在一个黑白相间面积均等分布的圆盘中,转动圆盘,求圆盘停止时指针指向非阴影部分的概率”这道题目时,学生运用传统解题方法,过程极为复杂,而利用面积法求解该题,则十分简易。
  (作者单位:江西省赣州市南康区龙岭中学)
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