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《广猛说题系列之路径专题》(第六集 番外篇1)
原创 2017-06-09 高邮赞化 段广猛 广猛文摘
广猛文摘

不定期分享一些本人原创文章、说题短文或者专家系列讲座,主要对象针对初中学生,尤其是初三学生,对于解题研究展开系列探究!

前面提到了三个有趣的本质问题,笔者这里将它们归拢在一块,作为本文的《番外篇》,这样的探索过程极其有趣,希望带给大家数学探索之路、解题反思之路等方面一定的启示之效,看下面的问题:

问题1:在△EPF中,∠EPF=60°,E、F为两动点,但始终有PE+PF为定值8,求EF的最小值及EF中点Q的轨迹长.

问题2:在△EPF中,∠EPF为定值2α,E、F为两动点,但始终有PE+PF为定值a,求EF的最小值及EF中点Q的轨迹长(用α与a的代数式表示).

简析:先来解决特殊情形下的问题1中EF的最小值;

第一步(画出符合题意的图形分析):如图18-20,画出符合题意的△EPF,其中∠P=60°,且PE+PF=8;

第二步(构造平四+三等边):如图18-21,构造出□PECF,分别延长PE、PF并分别截取EA=EC、FB=FC,则由∠EPF=60°易证明△EAC、△FCB以及△PAB都是等边三角形;

易知PA=PE+EA=PE+EC=PE+PF=8,故PA=PB=AB=8;

第四步(“斜大于直”得最值):如图18-23,再过点E作ET⊥FH于点H,则由“斜大于直”易知EF≥ET=GH=3;

当且仅当EF∥AB时,由“超级对称”易知此时点C恰好处于AB的中点处取等号,此时易知PE=PF=4;

故所求EF的最小值为4,当且仅当“超级对称”,即点PE=PF=4时取到最小值,问题得解;

再来解决特殊情形下的问题1中EF中点Q的轨迹长;

第一步(构造平四+三等边):同上可以构造出如图18-24有趣的基本图形;

第二步(利用“同一法”转移中点Q):同例18中的分析一样,连接PC,利用“平行四边形对角线互相平分”易知EF的中点Q亦为PC的中点,只要计算PC的中点Q的轨迹长即可;

第三步(利用“平行距离法”或“瓜豆秒杀法”确定路径):同例18中的分析一样,无论是通过更揭示本质的传统“平行距离法”,还是用比较现代化的“瓜豆秒杀法”都可以确定所求路径是“直线型”,其实这个问题跟例18中知识应用的问题一模一样;

第四步(利用“极限法”确定中点Q的起点及终点):如图18-25,当PF=0时,找到点Q的第一个临界位置Q1;当PE=0时,找到点Q的第一个临界位置Q2,则Q1Q2即为所要找的轨迹,且其恰为△PAB的中位线,长为4,问题得解;

有趣的是,这个轨迹恰好也是前一问EF取得最小值时的位置,因而EF中点Q的轨迹长与EF的最小值正好相等,真是TMD的有趣,哈哈!

解题后反思:至此,问题1得到了完美演绎,笔者通过巧妙的几何构造法,几乎无任何计算掺杂,解决了此最值问题及路径长问题;

说实话,笔者也想不到上面的构造法,之所以能提出问题并解决问题,全部来源于对例18的解题后反思之功、反思之效,从这一点上,我们可以体会到,解题后反思的重要作用!解题后反思、解题后琢磨、解题后变式、解题后联想,无一不是我们必须要去培养的重要解题品质,同学们一定会有更深刻的体会的!

由特殊到一般,从特殊情形的解法类比、推广到一般情形下的求解,下面我们紧扣问题1的解法来“生搬硬套”,解决问题二,旨在巩固方法,体现类比思想的重要机制!

先来解决一般情形下的问题2中EF的最小值;

第一步(画出符合题意的图形分析):如图18-26,画出符合题意的△EPF,其中∠P=2α,且PE+PF=a;

第二步(构造平四+三等腰):如图18-27,构造出□PECF,分别延长PE、PF并分别截取EA=EC、FB=FC,则易证明△EAC、△FCB以及△PAB都是等腰三角形;

第三步(“三线合一”确定底边):易知PA=PE+EA=PE+EC=PE+PF=a,如图18-28所示,过点P作PO⊥AB于点O,由“三线合一”知∠APO=α,则AO=APsinα=asinα,从而AB=2asinα;

再来解决一般情形下的问题2中EF中点Q的轨迹长;

第一步(构造平四+三等腰):同上可以构造出如图18-31有趣的基本图形;

第二步(利用“同一法”转移中点Q):同例18中的分析一样,连接PC,利用“平行四边形对角线互相平分”易知EF的中点Q亦为PC的中点,只要计算PC的中点Q的轨迹长即可;

第三步(利用“平行距离法”或“瓜豆秒杀法”确定路径):同例18中的分析一样,无论是通过更揭示本质的传统“平行距离法”,还是用比较现代化的“瓜豆秒杀法”都可以确定所求路径是“直线型”,其实这个问题跟例18中知识应用的问题一模一样;

第四步(利用“极限法”确定中点Q的起点及终点):如图18-32,当PF=0时,找到点Q的第一个临界位置Q1;当PE=0时,找到点Q的第一个临界位置Q2,则Q1Q2即为所要找的轨迹,且其恰为△PAB的中位线,由前一个问题易知,此中位线长为asinα,问题得解;

有趣的是,这个轨迹恰好也是前一问EF取得最小值时的位置,因而EF中点Q的轨迹长与EF的最小值正好相等,真是TMD的有趣,哈哈!

解题后反思:由特殊的问题1到一般的问题2,求解思路几乎一成不变,这种类比推理的思路在解决综合题中,尤其是几何变换大题中有着极其重要的作用,值得每一位学生用心体悟;

另外,如果再细心一些,你会想到动点Q路径的两个端点都不能取得,即PE与PF都不能为0,不然△EPF就不存在了,与题意不符.因此笔者猜想,原题例18这道中考真题正是考虑到了端点取不到这种情形的漏洞,才在线段AB上又取了两个定点C与D,这样才能更准确些.虽然端点即便取不到也不影响计算轨迹长,但毕竟给人留下一个小小的“把柄”不太好!中考命题启示我们,作为数学人应时刻都要抱以严谨的治学态度!

(第七集 番外篇1完!)

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