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在八年级一次期末考试中有这样一道试题:
如图,A(1,-3)、B(5,-1)分别为两个仓库,X轴为一条铁路,在铁路线上选一点Q建车站,从车站到两个仓库修建两条笔直的公路,问车站建在何处才能使修路的费用最少?(画出点Q的位置,并写出点Q的坐标)。
这是一道有关轴对称和一次函数的综合应用题,它是在苏科版初中数学八年级(上册)第38页第9题的基础上结合一次函数的知识一编写出来的。从阅卷情况来看,学生普遍不会做。学生无从下手是因为他们没有建立好数学模型,缺少转化思想,缺乏联想。
我们先来回顾一下苏科版八(上)数学第38页第9题:如图:点A、B在直线L的同侧,点B′是点B关于直线L的对称点,AB′交L于点P
(1)AB′与AP+PB相等吗?为什么?
(2)在L上再取一点Q,并连接AQ和QB,比较AQ+QB
与AP+PB的大小,并说明理由。
这道习题源于古希腊著名的“饮马问题”,大数学家海伦曾用轴对称方法巧妙地解决了这个问题。
学生出现的解题障碍充分说明,数学课堂教学中,以课本习题为载体,引导学生反思、概括、归纳总结,对习题进行深入研究,并加以联想、延拓,从中发现一些成果,得出新的结论,再用数学语言(文字、符号、图形)对实际研究对象进行近似刻画,将实际问题用数学方式表达,最终引导学生建立数学模型,它对于实际问题的解决有着重要的启发作用,是培养学生数学能力的一个重要方面。如:在解完八(上)数学第38页第9题后及时引导学生归纳、总结得出“利用轴对称可在直线L上找到唯一点P到A、B两点的距离之和最小”(依据是“两点之间,线段最短”),从而引导学生建立了一种“轴对称可解决距离之和最小”的模型(以下称为“轴对称模型”)。
建立数学模型的目的是去“应用数学解决实际问题”,把错综复杂的实际问题简化、抽象为合理的数学结构,即把生活中的一些背景不同的实际问题,抽象、转化为某一种数学模型,从而能够用同一种方法或同一思路去解决一类问题,取得“多题一解”效应,达到化繁为简、化难为易的目的。如上述期末试题,本题要求“修路的费用最少”可理解为“所修公路的总长最小”,进一步转化为在x轴上找点Q,使点Q到A、B两点的距离之和最小,再联想到用轴对称可解决此类问题,这样就完全化归为上述的“轴对称模型”,顺利解决问题了。
在初中数学中,能够用“轴对称模型”来解决的问题很多,例如:
例1:如图,在△ABC中,AC=BC=2,∠ACB=90°,D是BC边的中点,E是AB边上一动点,则EC+ED的最小值是。
分析:本题是一道纯几何题,乍一看不知从何处入手,但结论是有关“两条线段长度和最小”的问题,若能及时联想到上面的“轴对称模型”,便能很快地找到解题思路。先作出点D关于AB的对称点D′并连接DE、DE,则有ED′=ED,这样EC+ED=EC+ED′,在△ECD′中有EC+ED′>CD′;故有EC+ED≥CD′(当点E移动到点E时等号成立),即CD的长就是EG+ED的最小值,下面只要求出CD的长即可。连接DB,由轴对称性质可知DZ=DB=1、∠ABD′=∠ABC=450,这样在Rt△CBD中,CB=2,DB=1,由勾股定理求得CD′=根号5,因此EC+ED的最小值是根号5。
例2:如图1,在圆柱形玻璃杯的外侧有一只蚂蚁从A点到杯内B点去吃蜜糖,已知从A点沿母线到杯口C的距离为5cm,B点沿母线到杯口D的距离为3cm,C、D两点之间的杯口弧线长为6cm。如果蚂蚁想尽快吃到蜜糖,问蚂蚁爬行的路线是多长?
分析:本题中蚂蚁想尽快吃到蜜糖,它爬行的路线就要最短。若把圆柱形玻璃杯的侧面看成是展开的一个平面图形(如图2),把A、B看成直线CD同侧的两点。因为蚂蚁从杯子的外侧到内侧必经过杯口的边缘CD,即要在直线CD上找一点P,使PA+PB最小。这样问题又转化为“轴对称模型”,作出点A关于直线CD的对称点A′,连接A′B交CD于点P,连接PA,则点P为所求的点。折线APB就是蚂蚁要爬行的路线(AP段在杯子外侧,PB段在杯子内侧),PA+PB的长为所求的最短路线的长。
由于PA=PA′,所以PA+PB=PA′+PB=A′B。过点B作BE⊥AA′于点E,则BE=CD=6cm,CE=BD=3cm,又有A′c=AC=5cm,所以A′E=A′C+CE=8cm,在Rt△A′BE中,由勾股定理可求得A′B=10cm。即蚂蚁爬行的最短路线的长是10cm。
例3已知点A(1,6)、点B(6,4),在x轴和y轴上各找一点c、D,使四边形AD-CB的周长最短。
分析:四边形ADCB的边AB的长一定,只要AD+Dc+CB的值最小,四边形AD-CB的周长就最短。根据“轴对称模型”,作出点A关于y轴的对称点A′,作出点B关于x轴的对称点B′,再连接AB/分别交x、y轴于点C、D,由已知得A′(-1,6)、B′(6,-4),进一步可求得直线AB/的关系式是:y=-x+,
从而可求得c、D两点的坐标分别是G(16/5,0),D(0,32/7)
由此可见,大部分数学习题它们的解法虽然各不相同,但就考虑问题的思维方式而言,可归纳为若干种类型。学习中要充分发挥课本习题的作用,及时、不断地对课本习题从各个方面去类比、联想、归纳总结、延拓,力求建立对解决实际问题有启发作用的数学模型,并能将实际问题抽象化归成某一种数学模型来进行解释与应用,这样不仅可以挖掘习题的智力因素,充分发挥课本习题的潜能,而且能有效地培养学生的思维品质,更为重要的是培养了学生的创新能力。
如图,A(1,-3)、B(5,-1)分别为两个仓库,X轴为一条铁路,在铁路线上选一点Q建车站,从车站到两个仓库修建两条笔直的公路,问车站建在何处才能使修路的费用最少?(画出点Q的位置,并写出点Q的坐标)。
这是一道有关轴对称和一次函数的综合应用题,它是在苏科版初中数学八年级(上册)第38页第9题的基础上结合一次函数的知识一编写出来的。从阅卷情况来看,学生普遍不会做。学生无从下手是因为他们没有建立好数学模型,缺少转化思想,缺乏联想。
我们先来回顾一下苏科版八(上)数学第38页第9题:如图:点A、B在直线L的同侧,点B′是点B关于直线L的对称点,AB′交L于点P
(1)AB′与AP+PB相等吗?为什么?
(2)在L上再取一点Q,并连接AQ和QB,比较AQ+QB
与AP+PB的大小,并说明理由。
这道习题源于古希腊著名的“饮马问题”,大数学家海伦曾用轴对称方法巧妙地解决了这个问题。
学生出现的解题障碍充分说明,数学课堂教学中,以课本习题为载体,引导学生反思、概括、归纳总结,对习题进行深入研究,并加以联想、延拓,从中发现一些成果,得出新的结论,再用数学语言(文字、符号、图形)对实际研究对象进行近似刻画,将实际问题用数学方式表达,最终引导学生建立数学模型,它对于实际问题的解决有着重要的启发作用,是培养学生数学能力的一个重要方面。如:在解完八(上)数学第38页第9题后及时引导学生归纳、总结得出“利用轴对称可在直线L上找到唯一点P到A、B两点的距离之和最小”(依据是“两点之间,线段最短”),从而引导学生建立了一种“轴对称可解决距离之和最小”的模型(以下称为“轴对称模型”)。
建立数学模型的目的是去“应用数学解决实际问题”,把错综复杂的实际问题简化、抽象为合理的数学结构,即把生活中的一些背景不同的实际问题,抽象、转化为某一种数学模型,从而能够用同一种方法或同一思路去解决一类问题,取得“多题一解”效应,达到化繁为简、化难为易的目的。如上述期末试题,本题要求“修路的费用最少”可理解为“所修公路的总长最小”,进一步转化为在x轴上找点Q,使点Q到A、B两点的距离之和最小,再联想到用轴对称可解决此类问题,这样就完全化归为上述的“轴对称模型”,顺利解决问题了。
在初中数学中,能够用“轴对称模型”来解决的问题很多,例如:
例1:如图,在△ABC中,AC=BC=2,∠ACB=90°,D是BC边的中点,E是AB边上一动点,则EC+ED的最小值是。
分析:本题是一道纯几何题,乍一看不知从何处入手,但结论是有关“两条线段长度和最小”的问题,若能及时联想到上面的“轴对称模型”,便能很快地找到解题思路。先作出点D关于AB的对称点D′并连接DE、DE,则有ED′=ED,这样EC+ED=EC+ED′,在△ECD′中有EC+ED′>CD′;故有EC+ED≥CD′(当点E移动到点E时等号成立),即CD的长就是EG+ED的最小值,下面只要求出CD的长即可。连接DB,由轴对称性质可知DZ=DB=1、∠ABD′=∠ABC=450,这样在Rt△CBD中,CB=2,DB=1,由勾股定理求得CD′=根号5,因此EC+ED的最小值是根号5。
例2:如图1,在圆柱形玻璃杯的外侧有一只蚂蚁从A点到杯内B点去吃蜜糖,已知从A点沿母线到杯口C的距离为5cm,B点沿母线到杯口D的距离为3cm,C、D两点之间的杯口弧线长为6cm。如果蚂蚁想尽快吃到蜜糖,问蚂蚁爬行的路线是多长?
分析:本题中蚂蚁想尽快吃到蜜糖,它爬行的路线就要最短。若把圆柱形玻璃杯的侧面看成是展开的一个平面图形(如图2),把A、B看成直线CD同侧的两点。因为蚂蚁从杯子的外侧到内侧必经过杯口的边缘CD,即要在直线CD上找一点P,使PA+PB最小。这样问题又转化为“轴对称模型”,作出点A关于直线CD的对称点A′,连接A′B交CD于点P,连接PA,则点P为所求的点。折线APB就是蚂蚁要爬行的路线(AP段在杯子外侧,PB段在杯子内侧),PA+PB的长为所求的最短路线的长。
由于PA=PA′,所以PA+PB=PA′+PB=A′B。过点B作BE⊥AA′于点E,则BE=CD=6cm,CE=BD=3cm,又有A′c=AC=5cm,所以A′E=A′C+CE=8cm,在Rt△A′BE中,由勾股定理可求得A′B=10cm。即蚂蚁爬行的最短路线的长是10cm。
例3已知点A(1,6)、点B(6,4),在x轴和y轴上各找一点c、D,使四边形AD-CB的周长最短。
分析:四边形ADCB的边AB的长一定,只要AD+Dc+CB的值最小,四边形AD-CB的周长就最短。根据“轴对称模型”,作出点A关于y轴的对称点A′,作出点B关于x轴的对称点B′,再连接AB/分别交x、y轴于点C、D,由已知得A′(-1,6)、B′(6,-4),进一步可求得直线AB/的关系式是:y=-x+,
从而可求得c、D两点的坐标分别是G(16/5,0),D(0,32/7)
由此可见,大部分数学习题它们的解法虽然各不相同,但就考虑问题的思维方式而言,可归纳为若干种类型。学习中要充分发挥课本习题的作用,及时、不断地对课本习题从各个方面去类比、联想、归纳总结、延拓,力求建立对解决实际问题有启发作用的数学模型,并能将实际问题抽象化归成某一种数学模型来进行解释与应用,这样不仅可以挖掘习题的智力因素,充分发挥课本习题的潜能,而且能有效地培养学生的思维品质,更为重要的是培养了学生的创新能力。