由一道高考题谈平面向量问题的通性通法

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  摘要:为探讨2017年江苏高考理科数学第12题的多种解法,本文通过分析平面向量的本质,阐述了从数和形的角度来解决本例的几何法和代数法,总结了平面向量问题的通性通法。
  关键词:平面向量;通性通法;几何法;代数法
  首先看一道高考题:
  2017江苏,理12.如图,在同一个平面内,向量OA,OB,OC的模分别为1,1,2,OA与OC的夹角为α,且tanα=7,OB与OC的夹角为45°。若OC=mOA nOB(m,n∈R),则m n=。
  下面来看本题给出的标准解答:由tanα=7可得sinα=7210,cosα=210,根据向量的分解,
  易得ncos45° mcosα=2
  nsin45°-msinα=0,即
  22n 210m=2
  22n-7210m=0,即5n m=105n-7m=0。即得m=54,n=74,所以m n=3。
  对本题的再回顾本题考查的知识点是平面向量的表示。平面向量既有“数”的特征又有“形”的特征,是“数”与“形”的完美结合。因此,能否从“数”与“形”的角度来思考本题呢?也就是说,解决平面向量问题的通性通法是什么呢?如果理清了这个问题,那么所有有关平面向量的一类问题都可以寻找到一个突破口,进而得到解答。下面以这一道高考题为例,笔者谈一谈这个通性通法。
  在数学解题中,经常会遇到一些常规的解题模式和常用的数学方法,我们称之为通性通法。笔者认为包含两个方面的含义:第一是从某一个知识出发引出的若干思考;其次是解决一类问题的一般思维出发点。理解通性通法的本质,其实就是吃透知识点的本质。题目仅仅是知识点的载体,就像我们说平面向量是数和形的载体一样,平面向量的本质就是数和形。从数的角度看,解决平面向量的方法就是建立平面直角坐标系,用坐标表示有关向量,进而进行坐标运算,从而解决问题;从形的角度看,平面向量沟通了平面几何,可以用解决平面几何问题的方法解决它。
  从形的角度看本题条件,OC=mOA nOB(m,n∈R),这个条件可以理解为向量的加法,自然就可以考虑到平行四边形法则,从而产生了该题的几何法:
  作平行四边形OMCN,其中OM=mOA,ON=nOB
  易得|OM|=|NC|=m,|ON|=n
  ∵OC=2,则在△OCN中,由正弦定理
  2sin∠ONC=nsinα=msin45°
  即2sinα 45°=nsinα=msin45°
  又tanα=7,∴α为锐角
  ∴sinα=750,cosα=150
  ∴sinα 45°=45
  可得m=54,n=74,∴m n=3
  从数的角度看本题条件,OC=mOA nOB(m,n∈R),这个条件可以理解为向量的基底表示,而基底又产生了坐标,所以可以建立平面直角坐标系来表示OA,OB,OC的坐标,然后用坐标运算解决,这就是这道题目的代数法:以O為原点,以OA所在直线为x轴建立平面直角坐标系,易得
  A(1,0),B(cos(α 45°),sin(α 45°)),C(2cosα,2sinα)
  即B-35,45,C15,75
  由OC=mOA nOB
  ∴15,75=m1,0 n-35,45
  ∴m=54
  n=74∴m n=3
  另外,考虑到本题条件有向量的模和夹角,所以还可以考虑用向量的数量积,得到另外的解法:
  由OC=mOA nOB,将该式两边同时乘OA和OB
  得
  OC·OA=mOA·OA nOB·OA
  OC·OB=mOA·OB nOB·OB
  ∴2cosα=m ncos(α 45°)
  2cos45°=mcos(α 45°) n
  ∴15=m-35n
  1=-35m n∴m=54
  n=74∴m n=3
  由此可见,平面向量作为数和形的载体,处理这一类问题的通性通法无外乎几何法(基底表示)和代数法(坐标法)。
  参考文献:
  [1]黄耿跃.向量思想方法及其应用研究[D].福建师范大学,2008.
  [2]曹金明.高中数学课程中向量教学研究[D].西北师范大学,2004.
  作者简介:
  曹东方,福建省泉州市第七中学。
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