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简约而不简单-品析2018淮安中考数学压轴题

试题呈现:

(2018淮安卷26题)如果三角形的两个内角α与β满足2α+β=90°,那么我们称这样的三角形为“准互余三角形”。

(1)若ΔABC是“准互余三角形”,∠C>90°,∠A=60°,则∠B=          °;

(2)如图①,在RtΔABC中,∠ACB=90°,AC=4,BC=5,若AD是∠BAC的角平分线,不难证明ΔABD是“准互余三角形”。试问在边BC上是否存在点E(异于点D),使得ΔABE也是“准互余三角形”?若存在,请求出BE的长;若不存在,请说明理由。

(3)如图②,在四边形ABCD中,AB=7,CD=12,BD⊥CD,∠ABD=2∠BCD,且ΔABC是“准互余三角形”,求对角线AC的长。

本题是全卷的精华之处和点睛之作,值得仔细品味分析。

一、试题特色与主要解法

试题特色:构思独特、设计巧妙,图形简洁、内涵丰富,梯度明显、联系紧密。

试题结构:

(1)定义新概念:2α+β=90°;

(2)直接应用概念列方程解题(难度:易);

(3)直接构造图形结合相似三角形解题(难度:中);

(4)利用变换转化构造图形应用新概念及相似三角形、勾股定理解题(难度:难)。

本道题目包含三层难度的问题,面向全体学生,让他们各施其能各有所得,层次分明,结构清晰。

所含基本知识:三角形内角和、勾股定理、相似三角形、三角函数、角平分线、等腰三角形等初中阶段重点内容。

所含思想方法:分类讨论、转化化归、运动变换、数学建模等。

解法思路:解决阅读理解型问题既要仔细“阅读”又要充分“理解”。在阅读题目中所提供的新概念或新方法的同时,要用已有知识对其进行解释、推理,得出一些新的东西。

如看完定义条件“2α+β=90°”应该想到什么,作何推理?

(1)α、β只能是锐角,且α+β<>

(2)α、β中已知一个角度即可求另一个角度。

(3)稍作推理可构造出几种基本图形:

第1种:如下图所示,可构造含角平分线的直角三角形;

第2种:如下图所示,可构造含母子型相似的直角三角形。


第3种:如下图,构造直角三角形+等腰三角形;

第4种:如下图,构造直角三角形+母子相似形。


再作分析推理可知:第2种图形原三角形的各边都包含在直角三角形和相似三角形中,本身已经产生了丰富的数量关系,用此图解决问题应该最为简单有效。

下面讨论一下3个小问题的解法。

第(1)问:因∠C>90°,α、β只能是∠A或∠B,因2∠A+∠B>90°,所以只有2∠B+∠A=90°,解得∠B=15°。

第(2)问:存在E点,满足2∠B+∠BAE=90°,由∠BAE≠∠BAD或BE≠BD知E点不与D点重合。

BE长的求法:

①相似法

②三角法

学生答题中还出现了下面的解法:

③等腰+双高+相似

④建系解析法

⑤K形相似

第(3)问:翻折ΔABC或ΔDBC,构造出与(2)中相同的图形即可。

翻折ΔDBC转化为(2)中的问题

翻折ΔABC,解法与①类同

③作BE⊥AB得两对相似

④作BF⊥BC,EF⊥AB,BG⊥AC

二、考试情况与教学思考

从学生答题来看,部分优秀学生思维能力很强,但是用的方法很复杂,过程很繁琐,计算量很大。他们用繁复的方法历经百转千回最终也求出了正确结果,对此我表示既表示佩服,也表示同情,把本来很简单的事做得很辛苦。

本题总体得分率较低,很多学生理解能力、分析能力较差,解题思路不清晰,逻辑推理不严密,失分很严重。

学生答题情况反映了学生的学习存在的问题,也折射出我们平时的教学存在的问题,总结有以下几个方面。

1.审题不明,分析能力弱。

解题思路从哪里来?

任何问题的解决都要从两方面结合进行分析、判断、选择、应用:

(1)问题情境中的信息;(2)所学的知识与方法。

如很多同学感到最难的第(3)问,仔细分析问题,题中至少有5个方面的线索在无声地提示我们作辅助线的方法:

①定义“2α+β=90°”告诉我们与直角三角形有关,过C作垂线可得ΔACE∼ΔCBE。

②条件“∠ABD=2∠BCD”告诉我们把ΔBCD沿BC翻折可得∠ABD=∠DCE。

③条件“AB=7,CD=12”告诉我们应该把分散的条件集中同样ΔBCD沿BC翻折使AB、CD居于同一个直角三角形中。

由“∠ABD=2∠BCD=2x”导角得∠DBC=90°-x,∠ABC=90°+x,此两角互补,那么延长AB或DB即可得∠DBC=∠EBC。

这个想法最巧妙最直接最简单。联系第(2)问,把(2)问图中的ΔACE或ΔABE沿AE翻折即得第(3)问中的图形!!如下图所示,看到这儿是不是恍然大悟?原来题目就是这么命制的,把完整图形中的部分进行运动变换而分离,解题时再把变换的部分再变回来!

从以上角度对问题进行分析,解题的方法不难找到,但我们的学生最缺的就是这种分析能力。

几何综合题作辅助线是一个世界性的难题,原因是学生不能深刻理解作辅助线的根本逻辑,只是依靠记忆模仿或盲目尝试仅着眼于局部图形,而不是依靠分析推理从全局高度思考获得的。这需要平时教学进行相应的培养训练,从整体的角度、从联系的角度、从条件有效利用的角度、从补充完整图形的角度去思考分析问题。我在前面曾撰文,提倡把构造“辅助线”改为构造“辅助形”。一个是从树木到树木,一个是从树木到森林;一个是偶然的,一个是必然的;一个是依据感性直觉,一个是依据理性分析;孰优孰劣显而易见。

相关论述文章详见:

升维思考精准构造:从辅助线到辅助形数学解题:逻辑为王

2.思维不活,应变能力差。

如第(2)问,很多学生没有看到图中本身已有的相似图形,用最简洁的方法去解决,而是重新构造了含角平分线的直角三角形去解决。出现最多的是下面这种图:

原因为何?

他们是受到图①的影响,产生了思维定势,只想到把相等的两个锐角合在一起,而没有想到另一种更容易做的图形,或者没有看出来图中所含的ΔACE∼ΔBCA,导致整个过程变得很繁琐,把原本简单的事搞复杂了。

第(3)问的答题也存在同样的问题,没有构造出简单易解的图形,而且不知道随机应变及时调整,一条道走到黑,到做不下去的时候,他们宁愿胡乱凑出一个答案也不改变方向重新分析问题寻找思路。

我们在平时教学中不能剥夺学生分析、试错、调整、判断的过程经历,要让学生体验什么时候需要改变思路调整方向,以及如何回到起点重新分析问题改变思路,以获得不同的解决方案,并能判断何种方法最简单直接高效。

3.表达不清,逻辑思维弱。

如第(2)问的解答需先判断存在与否,再说明理由,求出结果。但很多同学在整个解答过程中都没有提及异于D点的E点是否存在,从而导致失分。还有的同学解题过程中逻辑链不完整,所需条件没有证明或计算,结论也没有依据直接得到。另外,有的同学作辅助线使一条线同时满足2个条件,出现了像“作∠BCE=∠BCD,且CE⊥AB”这样的逻辑性错误。

平时教学中要训练学生有条理有逻辑地表达,解题过程要“条件有来源,结论有依据”。

4.基础不实,推理意识差。

学生对基础知识和基本方法的掌握不熟练,在解决问题时不能自觉地利用所学知识进行推理判断。

如第(1)问的答案很多同学给了“30°”,很明显稍作推理可知“2×30°+60°≠90°”。

再如第(2)问对角的关系稍作推理可知图中含有基本图形-“母子相似形”,很多同学对这种基本图形不熟悉不认识,反而去构造复杂的“二倍角模型”,甚至用了高中的“倍半角三角函数公式”。

又如第(3)问,学生如果掌握解决这类问题要“前后联系、相互转化”的基本方法,就容易想到通过翻折变换得到第(2)问中的图形,再用(2)的方法解决。

数学建模是解决问题的根本方法,那么何为“数学模型”?

广义来说,每一个数学知识和方法都是一个基本的“数学模型”,只要针对问题构造出合适的“数学模型”,问题即告解决。

有些老师在教学中教授了名目繁多的各种“特殊模型”,让学生在解题中去套用模型。模型当然可以总结,也可以用,但前提是:能深刻理解基础知识和基本方法(或称基本模型)并且能对该模型的形成过程熟练掌握。否则模型过多过滥会造成学生死记硬背食而不化,徒然增加负担,还会使思维机械僵化。

教学中要以基础知识和基本方法为重点,只要能深刻理解熟练掌握这些基本模型,其它所有复杂的特殊的模型都可以分解成这些基本模型。引导学生把问题与模型、模型与知识进行融会贯通,形成整体性本质性的认识。这才是教和学的根本所在,以理解为核心,以生长为目的,使学生的思维得以发展,智慧得以生成,综合素质得以提升,从而越学越透彻、越学越轻松

2018年淮安中考数学卷第26题是一道好题,概念简约、图形简洁,而内涵丰富、思维丰实。此题的解决过程体现了学习新概念的一般方法和规律,能有效考查和训练学生的思维能力和数学素养,可谓简约而不简单。


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