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数学是研究数量关系和空间形式的科学,也就是说数学研究的对象是数与形,数与形二者关系是独立的,又是互相依存相互转化的。著名数学家华罗庚曾说过:数缺形时少直观,形少数时难入微。也就是说以形助数显直观,以数助形显精细。下面我们举几个以形助数的例子,体会一下抽象的式子问题变得直观易懂。
一、单项式乘多项式法则图形推导:
a(b c)=ab ac
如图1,
由S矩形EFCB=S矩形EFDA S矩形ADCB
易得a(b c)=ab ac
二、多项式乘多项式法则图形推导
(a b)(c d)=ac ad bc bd
如图2
由S矩形GLOM=S矩形GJIH S矩形HINM S矩形JLKI S矩形IKON
易得
(a b)(c d)=ac ad bc bd
三、平方差公式图形推导:
(a b)(a-b)=a²-b²
如图3
由S梯形ABEH S梯形BCGH S梯形CDFG S梯形ADFE=S正方形ABCD-S正方形EFGH
易得
½(a b)½(a-b) ½(a b)½(a-b)
½(a b)½(a-b) ½(a b)½(a-b)=a²-b²
整理得(a b)(a-b)=a²-b²
四、完全平方公式的图形推导
(一)(a b)²=a² 2ab b²
如图4,
由S正方形PBQF=S正方形ABCD S矩形PADG S矩形CDEQ S正方形GDEF
即(a b)²=a² ab ab b²
整理可得:(a b)²=a² 2ab b²
(二)(a-b)²=a²-2ab b²
如图5,
由S正方形DGFE=S正方形ARFS-S矩形ACES-S矩形ARGB S正方形ABDC
即(a-b)²=a²-ab-ab b²
整理可得:(a b)²=a²-2ab b²
六、勾股定理的图形推导
(一)证法一
如图6,用四个全等的直角三角形拼成的正方形,已知直角三角形的两直角边为a,b,斜边为c,那么a² b²=c²
如图6
S正方形ABCD -S正方形EFGH =4S△ABE .
所以:(a b)²-c²=4×½ab
即a² 2ab b²-c²=2ab
从而,可得a² b²=c².
(二)证法二
S正方形ABCD -S正方形EFGH =4S△ABE .
所以:c²-(a b)²=4×½ab
即c²-(a² 2ab b²)=2ab
从而,可得a² b²=c².
证法三——总统证法
S梯形BCDHF
=SΔBFG S△FGH S△CGH.
所以:
½(a b)(a b)
=½c² ½ab ½ab
即a² 2ab b²=c² ab ab
从而,可得a² b²=c².
上面的例子本来是数学公式法则定理的式子表达式,是属于数量关系式,但是这些式子赋予一些图形意义,用图形的知识去推导公式法则更显得直观易懂,所以说“数”与“形”是相互依存,相互转化的,而不只是独立存在的。
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