几何题解的哲学:追求本质,避免复杂化

吃苦的幸福 2024-03-11 20:01:03

今天,刷头条时注意到一篇关于一个八年级的几何基础题的探讨,引起我极大的兴趣。心中颇有感慨,作为一个数学爱好者,我想分享一下自己对这个问题的看法。

创新固然重要,但解题过程不应仅仅是为了解题而解题,求新求异,哗众取宠。解题需要理解问题的本质,充分利用题目给定的已知条件求解是关键。解析几何的解题通常不需要添加辅助线,不需要画蛇添足,除非确实必要。题目内容呈现如下:

如下图,在△ABC中,AB=AC=10,BC=16,D为AC边的中点,连接BD,试求线段BD的值。

这里我不会过多评价原作者和其他讨论者的解法,仅从个人角度进行分析。下面我将介绍两种解题方法:

先看题目,分析问题的本质,根据题意,已知等腰三角形ABC的三条边长,需要求解的是中线BD的长度,而AD=CD=5是给定条件。除此之外,没有其他已知条件。

第一种方法:通过观察,我们发现△ABC和△ABD共享∠BAC,利用这个等量关系,我们可以使用余弦定理来解决问题。

余弦定理描述了三角形中三条边和一个角的余弦之间的关系:在任意三角形中,任何一边的平方等于其他两边的平方和减去这两边与它们夹角余弦积的二倍。

为了更好的理解,我们可以画出相应的图示:

余弦定理

根据题目,用余弦定理可以得出以下等式:

BD² = AD² + AB² - 2 AD *AB *cos∠BAC和 BC² = AB² + AC² - 2 *AB * AC * cos∠BAC,

利用同角原理,推导出 cos∠BAC=( BD² - AD² -AB²)/ 2 *AD *AB =(BC² - AB² - AC² )/2 *AB * AC ,

通过代入数值,则有:

(16² -10² - 10² )/2 *10 * 10=(BD² - 10² -5² )/2 *10* 5

解此方程,我们可以求出中线BD的长度=3√17。

虽然我们利用余弦定理求出了答案,但这真的是出题者的意图吗?

显然不是,题目的要求是已知三角形三边长度求中线,而余弦定理并没有体现中线的基本原理。那这种解法就不符合题目要求,只是为了求解而求解得出的一种方法。

第二种方法:根据题目已知条件,更直接的方法是用三角形中线定理解题。

三角形中线定理也被称为阿波罗尼奥斯定理或重心定理

该定理在数学领域中有着不同的称呼,其中“Pappus定理”是其广为人知的别名之一。这个定理揭示了三角形的边长与中线长度之间的关系,具体来说:三角形一条中线两侧所对边平方的和等于底边一半的平方加上这条中线的平方的两倍。

此外,这个定理在欧几里得几何中占有重要地位,常被应用于各种几何问题的解决中,特别是在涉及到三角形的中点、重心以及与中线相关的问题时。为了帮助理解,我们可以画出相应的图示:

或者AB ² + AC² = 2 * ( AD² + BD² )

由题目要求知道,这个题就是赤裸裸的考察三角形的中线定理,这就是问题的本质。其他添加辅助线,创新方法都不符合题目要求。

根据中线定理知:

AB² + BC² = 2BD² +AC²/2,代入数值10² + 16² = 2BD² +10²/2,解这个等式,我们同样得到中线BD长度=3√17。

通过这两种方法的解析,我们可以看到,解题过程既简单又直接,没有不必要的复杂步骤,完全遵循题目要求,根据定理得结果,并没有添加辅助线,也没有用其他抽象的方法,不拖沓不抽象,深入浅出挖掘问题本质。

平时的学习在于积累,厚积薄发,到考试的时候,每题比别人快一秒,快一分,你都是胜利者。当别人在苦思冥想时,你已经在检查试卷,准备交卷了!

学习讲究的是勤奋而得法,方法不对,努力白费。学习考试也需要考虑时间成本,追求快速、稳定、准确的解题方法,能秒解的千万别拖沓,有创新也需要高效率。

希望以上的分析能给读者带来帮助和启发,欢迎探讨指正!

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吃苦的幸福

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