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在平时的学习中,由于受课堂时间的限制,对于教材上的经典例题、习题,我们可能只是掌握了题目呈现形态下的解题思路,而在课后遇到类似的问题,却会感觉很陌生。下面介绍命题人常用的三种“法宝”,同学们可以借助这些“法宝”自己尝试变式。
一、强化条件再探究
“强化”能体现从一般到特殊的数学思想。通过强化条件,我们可以发现原有问题的结论会不断地发生变化,借助强化条件与原有条件的关系可以形成更多、更具体的结论。
例1 (苏科版数学教材八年级下册第82页例5)已知:如图1,在正方形ABCD中,点A′、B′、C′、D′分别在AB、BC、CD、DA上,且AA′=BB′=CC′=DD′。
求证:四边形A′B′C′D′是正方形。
【分析】因为四边形ABCD是正方形,所以四条边相等、四个角是直角。又有AA′=BB′=CC′=DD′,所以用四条相等的边去分别减这些相等的线段,就得到BA′=CB′=DC′=AD′。结合四个角是直角,就能证明所分得的四个直角三角形全等,从而得到四边形A′B′C′D′是菱形的结论。再选择一对全等的直角三角形Rt△A′AD′≌Rt△B′BA′,得到∠AA′D′=∠A′B′B。因为∠A′B′B ∠B′A′B=90°,所以∠AA′D′ ∠B′A′B=90°,则∠D′A′B′=90°,这样就证得了四边形A′B′C′D′是正方形。
从原题的证明思路中我们可以发现,原题是从线段的数量关系出发,借助三角形全等得到需证图形的四边数量关系。这里的AA′=BB′=CC′=DD′,只说明数量相等,没有指明具体的AA′长度,也就是说点A′、B′、C′、D′在原正方形ABCD四边上具有一般性。如果确定AA′与AB的数量关系,是否可以得到不一样的结论呢?我们可以通过“强化”条件得到下面的变式题。
已知:如图1,在正方形ABCD中,点A′、B′、C′、D′分别在AB、BC、CD、DA上,且AA′=BB′=CC′=DD′=[13]AB。
求證:四边形A′B′C′D′的面积是正方形ABCD面积的[59]。
变式题没有改变原题中AA′=BB′=CC′=DD′的条件,但增加了线段与正方形边长的数量关系,因此可以先借助勾股定理表示出A′B′∶AB=[5]∶3,再借助图形相似性质得到小正方形与原正方形的面积比为[59]。
二、弱化条件要分类
“强化”条件可以在原有结论基础上进一步发现由“强化”条件所得出的新结论,而“弱化”条件则往往需要进行分类解答。
例2 (苏科版数学教材八年级下册第69页例3)已知:如图2,在?ABCD中,点E、F在AC上,且AE=CF。
求证:四边形EBFD是平行四边形。
【分析】这道题所提供的条件是“在?ABCD中,点E、F在AC上,且AE=CF”。我们可以连接BD,由?ABCD对角线互相平分得到AO=CO,BO=DO。因为明确点E、F在AC上,且AE=CF,所以EO=FO,再根据平行四边形的判定定理证明四边形EBFD是平行四边形。此处对于“点E、F在AC上”,如果“弱化”条件,我们可以进行如下变式:
在?ABCD中,点E、F在直线AC上,且AE=CF。试判断四边形EBFD是不是平行四边形。
这里因为“点E、F在直线AC上”,相对于原题“E、F在AC上”有所弱化,因此存在以下几种情况:
从图中可以直观判断出图4和图5均不能判断四边形EBFD是平行四边形;而图3则类似原题,借助连接对角线这一辅助线来证明。变式是由于点E、F所在位置条件的弱化导致了图形的不确定,因而产生分类的必要性。这里判断是不是平行四边形也存在“证实”与“证伪”的理解。证实,我们往往是借助严格的推理进行证明;证伪,我们可以通过举反例这一方法来说明。
三、互逆条件论真假
命题存在真假,需要证实或证伪;命题也存在互逆。我们在学习命题知识时知道,并不是所有真命题的逆命题一定是真的,因此,对题目进行的另一种主要变式就是交换条件和结论,探究逆命题的真与假。
例3 (苏科版数学教材八年级下册第75页例1)已知:如图6,矩形ABCD的对角线AC、BD相交于点O,且AC=2AB。
求证:△AOB是等边三角形。
【分析】这道题以矩形为基础,借助对角线AC与AB的数量关系,来探究对角线相交后所形成的△AOB是否为等边三角形。此处利用矩形对角线互相平分且相等的性质可以得出AC=BD=2AO=2BO,结合条件AC=2AB,我们就能得到AO=BO=AB,从而判断△AOB是等边三角形。原题中的条件有两个,一个是AC=2AB,另一个是矩形;结论是△AOB是等边三角形。我们可以尝试将结论△AOB是等边三角形分别与其中一个条件交换,得到一个新的问题。如:
已知:如图7,四边形ABCD是矩形,对角线AC、BD相交于点O,△AOB是等边三角形。
求证:AC=2AB。
【分析】变式后已知△AOB是等边三角形,得到AO=BO=AB。由矩形对角线互相平分且相等,可以得出AC=BD=2AO=2BO,所以AC=2AB。
那么大家想一想,如果将例3的另一个条件与结论互换,我们可以得到什么样的命题呢?
已知:如图8,四边形ABCD的对角线AC、BD相交于点O,且AC=2AB,△AOB是等边三角形。试判断四边形ABCD是否为矩形。
判断这个命题是否成立,我们不妨举图8的反例来说明四边形ABCD未必是矩形。
同学们,我们在面对做过的数学题,尤其是教材中的例题和习题时,如果利用以上三种方式进行变式,那么书就能被我们读厚实起来;如果我们能看到众多习题之间的内在联系,解决时再借助通法切入,此时众多的习题则又可以归为“一题”,书也就被我们读“薄”了。
(作者单位:江苏省南京市第二十九中学初中部)
一、强化条件再探究
“强化”能体现从一般到特殊的数学思想。通过强化条件,我们可以发现原有问题的结论会不断地发生变化,借助强化条件与原有条件的关系可以形成更多、更具体的结论。
例1 (苏科版数学教材八年级下册第82页例5)已知:如图1,在正方形ABCD中,点A′、B′、C′、D′分别在AB、BC、CD、DA上,且AA′=BB′=CC′=DD′。
求证:四边形A′B′C′D′是正方形。
【分析】因为四边形ABCD是正方形,所以四条边相等、四个角是直角。又有AA′=BB′=CC′=DD′,所以用四条相等的边去分别减这些相等的线段,就得到BA′=CB′=DC′=AD′。结合四个角是直角,就能证明所分得的四个直角三角形全等,从而得到四边形A′B′C′D′是菱形的结论。再选择一对全等的直角三角形Rt△A′AD′≌Rt△B′BA′,得到∠AA′D′=∠A′B′B。因为∠A′B′B ∠B′A′B=90°,所以∠AA′D′ ∠B′A′B=90°,则∠D′A′B′=90°,这样就证得了四边形A′B′C′D′是正方形。
从原题的证明思路中我们可以发现,原题是从线段的数量关系出发,借助三角形全等得到需证图形的四边数量关系。这里的AA′=BB′=CC′=DD′,只说明数量相等,没有指明具体的AA′长度,也就是说点A′、B′、C′、D′在原正方形ABCD四边上具有一般性。如果确定AA′与AB的数量关系,是否可以得到不一样的结论呢?我们可以通过“强化”条件得到下面的变式题。
已知:如图1,在正方形ABCD中,点A′、B′、C′、D′分别在AB、BC、CD、DA上,且AA′=BB′=CC′=DD′=[13]AB。
求證:四边形A′B′C′D′的面积是正方形ABCD面积的[59]。
变式题没有改变原题中AA′=BB′=CC′=DD′的条件,但增加了线段与正方形边长的数量关系,因此可以先借助勾股定理表示出A′B′∶AB=[5]∶3,再借助图形相似性质得到小正方形与原正方形的面积比为[59]。
二、弱化条件要分类
“强化”条件可以在原有结论基础上进一步发现由“强化”条件所得出的新结论,而“弱化”条件则往往需要进行分类解答。
例2 (苏科版数学教材八年级下册第69页例3)已知:如图2,在?ABCD中,点E、F在AC上,且AE=CF。
求证:四边形EBFD是平行四边形。
【分析】这道题所提供的条件是“在?ABCD中,点E、F在AC上,且AE=CF”。我们可以连接BD,由?ABCD对角线互相平分得到AO=CO,BO=DO。因为明确点E、F在AC上,且AE=CF,所以EO=FO,再根据平行四边形的判定定理证明四边形EBFD是平行四边形。此处对于“点E、F在AC上”,如果“弱化”条件,我们可以进行如下变式:
在?ABCD中,点E、F在直线AC上,且AE=CF。试判断四边形EBFD是不是平行四边形。
这里因为“点E、F在直线AC上”,相对于原题“E、F在AC上”有所弱化,因此存在以下几种情况:
从图中可以直观判断出图4和图5均不能判断四边形EBFD是平行四边形;而图3则类似原题,借助连接对角线这一辅助线来证明。变式是由于点E、F所在位置条件的弱化导致了图形的不确定,因而产生分类的必要性。这里判断是不是平行四边形也存在“证实”与“证伪”的理解。证实,我们往往是借助严格的推理进行证明;证伪,我们可以通过举反例这一方法来说明。
三、互逆条件论真假
命题存在真假,需要证实或证伪;命题也存在互逆。我们在学习命题知识时知道,并不是所有真命题的逆命题一定是真的,因此,对题目进行的另一种主要变式就是交换条件和结论,探究逆命题的真与假。
例3 (苏科版数学教材八年级下册第75页例1)已知:如图6,矩形ABCD的对角线AC、BD相交于点O,且AC=2AB。
求证:△AOB是等边三角形。
【分析】这道题以矩形为基础,借助对角线AC与AB的数量关系,来探究对角线相交后所形成的△AOB是否为等边三角形。此处利用矩形对角线互相平分且相等的性质可以得出AC=BD=2AO=2BO,结合条件AC=2AB,我们就能得到AO=BO=AB,从而判断△AOB是等边三角形。原题中的条件有两个,一个是AC=2AB,另一个是矩形;结论是△AOB是等边三角形。我们可以尝试将结论△AOB是等边三角形分别与其中一个条件交换,得到一个新的问题。如:
已知:如图7,四边形ABCD是矩形,对角线AC、BD相交于点O,△AOB是等边三角形。
求证:AC=2AB。
【分析】变式后已知△AOB是等边三角形,得到AO=BO=AB。由矩形对角线互相平分且相等,可以得出AC=BD=2AO=2BO,所以AC=2AB。
那么大家想一想,如果将例3的另一个条件与结论互换,我们可以得到什么样的命题呢?
已知:如图8,四边形ABCD的对角线AC、BD相交于点O,且AC=2AB,△AOB是等边三角形。试判断四边形ABCD是否为矩形。
判断这个命题是否成立,我们不妨举图8的反例来说明四边形ABCD未必是矩形。
同学们,我们在面对做过的数学题,尤其是教材中的例题和习题时,如果利用以上三种方式进行变式,那么书就能被我们读厚实起来;如果我们能看到众多习题之间的内在联系,解决时再借助通法切入,此时众多的习题则又可以归为“一题”,书也就被我们读“薄”了。
(作者单位:江苏省南京市第二十九中学初中部)