记一节有趣的数学实验课

来源 :初中生世界·八年级 | 被引量 : 0次 | 上传用户:guaodeshanying
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  今天的数学课老师与我们一起进行了从“将军饮马问题”到许瓦兹三角形的实验探究,下课铃声响时,我们还是意犹未尽.我不禁感叹:数学真是奥妙无穷!
  老师先用PPT播放唐朝诗人李颀的诗《古从军行》:“白日登山望烽火,黄昏饮马傍交河.”诗中隐含着一个有趣的数学问题.我们把这两句诗用数学语言表述如下,并画出相应图形如图1:
  将军在观望烽火之后从山脚下的A点出发,走到河旁边的C点饮马,后再到B点宿营.请问:怎样走才能使总的路程最短?
  【解决方案】只要从B出发向河岸引垂线,在垂线的延长线上,取B关于河岸的对称点B′,连接B′A,与河岸线相交于C,则C点就是饮马的地方.将军只要从A点出发,沿直线走到C,饮马之后,再由C沿直线走到B,所走的路程就是最短的.即AC BC=AC B′C=B′A.此题的本质是利用轴对称的有关知识把线段进行转化,利用“两点之间线段最短”来解决问题.
  这使我联想到前天做过的一个思考题:如图2,P为马厩,牧马人某一天从马厩牵出马,先到草地边OA的某处牧马,再到河边OB某处饮马,然后回到马厩.请帮他确定这一天的最短路线.这道题的解题思路其实跟上面问题的本质是一样的(只是本题需用两次轴对称),就是利用轴对称这一数学原理.只要分别作P关于两边的轴对称点P′、P″并连接P′P″,交两边于M、N,此时PM MN PN最短.这时得到了一个数学模型:P为定点,在锐角∠AOB内作一个周长最短的△PMN的作法如图3.
  这时老师提出问题2:当点P为锐角∠ABC内一动点时,PM MN NP与哪些量有关呢?即其大小由哪些量决定?我的猜想是:可能与点P到角两边的距离、点P到角顶点的距离、∠AOB的大小有关.于是,我们设计了几张表格,设PB=r,以B为圆心,BP长为半径作圆,分别交BA、BC于D、E,如图4.
  在老师的帮助下,我们利用几何画板对一些相关数量进行了测量,如表1~3.
  表1 r不变,∠ABC不变,
  点P在弧DPE上运动
  表2 r变化,∠ABC不变
  表3 r不变,∠ABC变化
  在实验探究中,我们记录并整理数据,再进行合理的推测和猜想,我们得到了如下结论:
  (1) 当r为定值,∠ABC为锐角时,随着角度的增加,PM MN NP变大.
  (2) 当锐角∠ABC为定值时,随着r的增加,PM MN NP变大.
  老师肯定了上述结论的正确性.接着老师又提出了问题3:在已知锐角三角形ABC中求作一个内接三角形(即顶点分别在△ABC三边上的三角形),使所作的三角形的周长最短.
  我尝试画出图形(如图5),我把顶点D、E、F看成动点,发现一时无从下手.老师提示:如果我们把所作三角形的三个顶点都看成是动点不好推理,我们是否可以考虑把其中某个点看成定点来寻找思路.老师的话让我豁然开朗:我先只把图中的E、F看作是动点,那么立刻转化成问题2,把D看作是定点. 分别作点D关于AB、AC的对称点D1、D2,连接D1D2,分别交AB、AC于点F、E,如此一来,E、F就定了.问题的下一步就是要让点D动起来,看点D运动到哪,和通过轴对称变换得到其他两点所围成的△DEF周长最短,于是问题得解.
  接下来我再次反思,又有不小收获:由于∠A是定值,那么△DEF的周长就与r(也就是AD)有关,要AD最短,就变成了“点到直线垂线段最短”的模型,那么我们就从点A出发,作AD垂直BC于D.进一步研究发现,若以∠B为考察对象,则当E为AC边上的高与AC的交点,点F、D分别是点E关于BA、BC的对称点的连线与BA、BC的交点,此时△DEF的周长最小.若以∠A、∠C为考察对象,也能得出同样的结果. 即当内接三角形是△ABC的三条高的垂足所成的垂足三角形时,周长最短.
  在看到我们的探究成果后,老师啧啧赞叹:你们刚才探究的这个问题就是著名的“许瓦兹三角形”问题,你们真是太棒了!在数学的世界里有许多奥秘等待我们去发现、探索、猜想、证明,而数学实验就是一把打开数学殿堂大门的金钥匙. 在这样的数学实验探究中,我们受益匪浅.
  教师点评:这是借助数学软件展开数学实验、结合所学的数学知识解决实际问题的一节实践探究课. 两位学生以课上的动脑思考、动手探究、口头交流等数学活动为主线,细致而独到地阐释了自己的思考和收获.正是在这样的探索与反思中,学生收获了解决问题的方法,使得自己的知识网络建构得愈加完善.对数学的热爱更进了一步.
  (指导教师:陶建石)
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