葛军,南师附中校长,因在数学上有独到的研究,所以被人们尊称为“葛大爷”,我们这里简称“葛大”。
虽然近年来,葛大几乎不怎么露面,但葛大每次出现,都会掀起滔天巨浪,大家可能不了解葛大的“数学帝”的称号是怎么来的,我们用网传的一段数据来告诉你:
这是一段在网上流传较广的段子:
2003年,葛军参与江苏高考数学命题工作,江苏数学全省平均分68分(满分150分)。
2010年,葛军参与江苏高考数学命题工作。当年江苏数学平均分83.5分(总分160分)。
2013年,葛军参与安徽高考数学命题工作,理科平均分只有55分左右(满分150分),导致安徽省一本分数线较2012年狂降54分。
凭借这些广为流传的光辉事迹,葛大一战成名,被推上高考数学第一命题人的宝座,封“数学帝”。
对学生说 葛军经常对初升高的学生说:“背上你的行囊,行囊里只放进三样宝贝,其他的千万不要放,轻装上阵!”有学生不相信:“我学了那么多,这三样宝贝能对付吗?”他回答:“完全能对付,万变不离其宗。”
这三样宝贝是:一把剑、一个A、一面镜,“这三样东西串起了整个高中数学学习的基本的结构”。
接着葛军介绍了“三件宝贝”的具体含义:
▲ 一把剑
一把剑是什么剑?
武侠中的“倚天剑”,剑气贯长。
它可以变换成数轴;再轻轻一抖动又可以变换成雌雄二剑,构成横刀立马之势,也就是笛卡尔坐标系,用这个“十字架”可以把几何问题转换成代数问题,面对许多问题就可以“所向披靡”。
案例1.如图,正方形ABCD的边长是12cm,E、F分别是直线BC、直线CD上的动点,当点E在直线BC上运动时,始终保持AE⊥EF.
(1)证明:Rt△ABE∽Rt△ECF;
(2)当点E在边BC上,BE为多少时,四边形ABCF的面积等于88;
(3)当点E在直线BC上时,△AEF和△CEF能相似吗?若不能,说明理由,若能,直接写出此时BE的长.
【分析】(1)通过余角的性质可得∠BAE=∠CEF,即可得结论;
(2)由相似三角形的性质可求 CF=,由三角形的面积公式可求解;
(3)分三种情况讨论,由相似三角形的性质可求解.
【解答】证明:(1)∵AE⊥EF,
∴∠AEB ∠CEF=90°,
又∵∠BAE ∠AEB=90°.
∴∠BAE=∠CEF,
又∵∠B=∠C=90°,
∴Rt△ABE∽Rt△ECF;
(2)如图,设BE=xcm,则CE=(12﹣x)cm,
∵Rt△ABE∽Rt△ECF,
∴BE=4cm或BE=8cm;
(3)△ABE∽△AEF能成立,
如图1,当点E在线段BC上时,
∵AE⊥EF,
∴∠AEF=∠C=90°,
∵AF不平行BC,
∴∠AFE≠∠FEC,
当∠FEC=∠EAF时,△AEF∽△ECF,
∴∠BAE=∠FEC=∠EAF, ,
∵tan∠BAE=tan∠EAF=,
∴,∴BE=EC,BE=12-BE
∴BE=6(cm);
如图2,当点E在CB的延长线上时,设AF与BC的交点为H,
当∠CEF=∠AFE时,△CEF∽△EFA,
∴EH=HF,∠FAE=∠HEA,
∴AH=EH=HF,
∵BC∥AD,
∴△CFH∽△DFA,
∴ ,
∴CH=6(cm),
∴BH=6(cm),
∴AH=(cm),
∴BE=EH﹣BH=()(cm),
如图3,当点E在BC的延长线上时,设AF与BC交于点H,
当∠EFC=∠EAF时,△FCE∽△AEF,
同理可求BE=()(cm),
综上所述:BE的长是6cm或()cm或()cm.
在笔者看来,数形结合思想就是数学之利剑,是数学学习中重要的思想方法之一,是解决许多数学问题的有效思想。数学家华罗庚曾说:“数缺形时少直观,形少数时难入微,数形结合百般好,隔离分家万事休”。
利用数形结合能使“数”和“形”统一起来。以形助数、以数辅形,可以使许多数学问题变得清晰、直观。
数形结合的基本思想,就是在研究问题的过程中,注意把数和形结合起来考察,斟酌问题的具体情形,把图形性质的问题转化为数量关系的问题,或者把数量关系的问题转化为图形性质的问题,使复杂问题简单化,抽象问题具体化,化难为易,获得简便易行的成功方案。
▲ 一个A
一个A,“万象大千,爱(谐音A)在处处”。
A在“数”处,它指代的可能是整数、有理数、实数、复数……
A在“式”上,可能表示有理式、无理式、函数式……
A还可以是向量、矩阵,可以是圆、椭圆、双曲线、抛物线、二次曲线,可以是球、柱、锥、台,或是组合数、概率……
要了解A的概念、出现的形式,在解题中能快速将它们识别出来,同时能用整体性的思维去看待它们。
案例2.小明同学发现这样一个规律:两个顶角相等的等腰三角形,如果具有公共的顶角的顶点,并把它们的底角顶点连接起来则形成一组全等的三角形,小明把具有这个规律的图形称为“手拉手”图形.
(1)问题发现:如图1,若△ABC和△ADE均是顶角为40°的等腰三角形,BC、DE分别是底边,求证:BD=CE;
(2)拓展探究:如图2,若△ACB和△DCE均为等边三角形,点A、D、E在同一条直线上,连接BE,则∠AEB的度数为_____;线段BE与AD之间的数量关系是_____;
(3)解决问题:如图3,若△ACB和△DCE均为等腰直角三角形,∠ACB=∠DCE=90°,点A、D、E在同一条直线上,CM为△DCE中DE边上的高,连接BE,请判断∠AEB的度数及线段CM、AE、BE之间的数量关系并说明理由.
【分析】(1)先判断出∠BAD=∠CAE,进而利用SAS判断出△BAD≌△CAE,即可得出结论;
(2)同(1)的方法判断出△BAD≌△CAE,得出AD=BE,∠ADC=∠BEC,最后用角的差,即可得出结论;
(3)同(2)的方法,即可得出结论.
【解答】:(1)∵△ABC和△ADE均是顶角为40°的等腰三角形,
∴AB=AC,AD=AE,∠BAC=∠DAE,
∴∠BAC﹣∠CAD=∠DAE﹣∠CAD,
∴∠BAD=∠CAE,
∴△BAD≌△CAE(SAS),
∴BD=CE;
(2)∵△ABC和△ADE均是等边三角形,
∴CA=CB,CD=CE,∠ACB=∠DCE=∠CDE=∠CED=60°,
∴∠ACB﹣∠BCD=∠DCE﹣∠BCD,
∴∠ACD=∠BCE,
∴△ACD≌△BCE(SAS),
∴AD=BE,∠ADC=∠BEC,
∵∠CDE=60°,
∴∠BEC=∠ADC=180°﹣∠CDE=120°,
∵∠CED=60°,
∴∠AEB=∠BEC﹣∠CED=60°,
故答案为:60°,BE=AD;
(3)AE=BE 2CM,理由:
同(1)(2)的方法得,△ACD≌△BCE(SAS),
∵△CDE是等腰直角三角形,
∴∠CDE=∠CED=45°,
∴∠ADC=180°﹣∠CDE=45°,
∴∠BEC=∠ADC=135°,
∴∠AEB=∠BEC﹣∠CED=135°﹣45°=90°,
∵CD=CE,CM⊥DE,
∴DM=ME,
∵∠DCE=90°,
∴DM=ME=CM.
∴AE=AD DE=BE 2CM.
在笔者看来,技术分为“道”和“术”两种,做事的原理和原则是“道”,而做事的具体方法就是“术”。
数学真正的作用,就是让我们掌握“道”。
因为从历史的发展来看,所有的“术”都会经历:独门秘籍——普及——落伍 的过程。
而只有掌握了“道”的人才能永远游刃有余。
——当然,我还要再加一句话:只知道“术”,而不去研究“道”的人,水平会被锁死在某个“理论极限内”,无法突破。
关于解题之道:实质上就是通过审题来构思、探究解题思路的思维过程。解题必须充分运用条件和尽可能满足结论的需要,因而,通过审题全面掌握题意了解题的基础与首要任务。那么,审题要从哪些方面进行呢?这里有五点建议:
(1)初步地全面理解题意(理解它的每一个字、词、每一句话),能清楚地理解全部条件和结论;
(2)准确地作出必要的图形,包括示意图;
(3)必要时,要把语言和不宜于直接计算的算式化为能直接计算的算式,把不便于进行数学处理的语言化为便于进行数学处理的语言;
(4)发现比较隐蔽的条件;
(5)根据题目的特征提供的启示(信息)预见主要步骤或主要原则。
这五项要求,前三项是基本的,后两项是较高的。
▲ 一面镜
一面镜,对镜自问,一日三省,养批判性、创新性思维能力。
当你拿到一个关于椭圆的问题,能不能静下心来把它做好,做好之后思考,换成抛物线会怎么样?换成双曲线会怎么样?
当你去思考了,你的认识在加深,水平真正得到提高。
也就是常说的“一道题做透了,要远胜于100道题”。
题目再变,你不再觉得可怕,你可以说“我都看透了”。
案例3.课堂上,老师提出了这样一个问题:
如图1,在△ABC中,AD平分∠BAC交BC于点D,且AB BD=AC.
求证:∠ABC=2∠ACB.
小明的方法是:如图2,在AC上截取AE,使AE=AB,连接DE,构造全等三角形来证明结论.
(1)小天提出,如果把小明的方法叫做“截长法”,那么还可以用“补短法”通过延长线段AB构造全等三角形进行证明.辅助线的画法是:延长AB至F,使BF=_____,连接DF.
请补全小天提出的辅助线的画法,并在图1中画出相应的辅助线;
(2)小芸通过探究,将老师所给的问题做了进一步的拓展,给同学们提出了如下的问题:
如图3,点D在△ABC的内部,AD,BD,CD分别平分∠BAC,∠ABC,∠ACB,且AB BD=AC.求证:∠ABC=2∠ACB.
请你解答小芸提出的这个问题;
(3)小东将老师所给问题中的一个条件和结论进行交换,得到的命题如下:
如果在△ABC中,∠ABC=2∠ACB,点D在边BC上,AB BD=AC,那么AD平分∠BAC.
小东判断这个命题也是真命题,老师说小东的判断是正确的.请你利用图4对这个命题进行证明.
【分析】(1)延长AB至F,使BF=BD,连接DF,根据三角形的外角性质得到∠ABC=2∠F,证明△ADF≌△ADC,根据全等三角形的性质证明结论;
(2)在AC上截取AE,使AE=AB,连接DE,证明△ADB≌△ADE,根据全等三角形的性质证明结论;
(3)延长AB至G,使BG=BD,连接DG,证明△ADG≌△ADC,根据全等三角形的性质、角平分线的定义证明.
【解答】证明:(1)延长AB至F,使BF=BD,连接DF,则∠BDF=∠F,
∴∠ABC=∠BDF ∠F=2∠F,
∵AD平分∠BAC
∴∠BAD=∠CAD,
∵AB BD=AC,BF=BD,
∴AF=AC,
在△ADF和△ADC中,
易证明△ADF≌△ADC(SAS),
∴∠ACB=∠F,
∴∠ABC=2∠ACB;
(2)如图3,在AC上截取AE,使AE=AB,连接DE,
∵AD,BD,CD分别平分∠BAC,∠ABC,∠ACB,
∴∠DAB=∠DAE,∠DBA=∠DBC,∠DCA=∠DCB,
∵AB BD=AC,AE=AB,
∴DB=CE,
在△ADB和△ADE中,
易证明△ADB≌△ADE(SAS),
∴BD=DE,∠ABD=∠AED,
∴DE=CE,
∴∠EDC=∠ECD,
∴∠AED=2∠ECD,
∴∠ABD=2∠ECD,
(3)如图4,延长AB至G,使BG=BD,连接DG,则∠BDG=∠AGD,
∴∠ABC=∠BDG ∠G=2∠AGD,
∵∠ABC=2∠ACB,
∴∠AGD=∠ACB,
∵AB BD=AC,BG=BD,
∴AG=AC,
∴∠AGC=∠ACG,
∴∠DGC=∠DCG,
∴DG=DC,
在△ADG和△ADC中,
易证明△ADG≌△ADC(SSS),
∴∠DAG=∠DAC,即AD平分∠BAC.
正如教育专家钱仲寒说,每节课都是给学生自学的示范。例题教学也不例外,它是通过引导学生挖掘典型题目的潜在教育教学价值,从不同方面不同层次锻炼思维品质,培养思维能力,以此培养自主学习能力,其作用直接表现为:
① 对新授课中的定义、定理、公式的内涵与外延进行深化,连点成线,线组成面,由面成体,构建立体认知结构网络;
② 丰富应用含义,增加应用层次;
③ 概括提炼数学方法,进而形成数学思想,增强数学应用意识。
数学如诗,数学“悄然地在你身边,努力影响你,让你变得更为明智、理性,富有智慧”。
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