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高考题并不是“从天而降”,往往是“缘于教材”.教材中一些好的习题素材会成为高考题命制的灵感和源泉,而高考题又为我们在复习教学中编制新题目提供借鉴和启发.本文从2008年江苏省的一道高考数学试题的解法分析着手,尝试进行一些拓展与探究.
一、一道高考数学试题的解法分析
2008年江苏省高考数学试卷第13题 :在△ABC中,若AB=2,AC=2BC,则S△ABC的最大值= .
【分析1】 这是一道解斜三角形问题,已知三角形三条边的关系,求三角形面积的最大值.学生首先会想到利用正、余弦定理开始尝试.
【解】 设BC=a,AC=2a.
所以S△ABC的最大值为14•128=22.
【反思】 基于本题中出现的背景,运用正、余弦定理解三角形是学生会普遍采用的方案,但是运算过程中有比较复杂的化简和高次函数的最值问题,又使得解题过程充满着未知与神秘,学生往往做不到底.
【分析2】 从解析几何的角度考虑,点A、B可以看作是定点,由于动点C到点A的距离是到点B距离的2倍,因此可以求出动点C的轨迹方程.从而S△ABC的最大值问题就转化为求点C到直线AB的距离问题.
【解】 建立如图所示的平面直角坐标系,不妨取A(-1, 0),B(1, 0),C(x, y).
由已知可列方程,
(x+1)2+y2=2•(x-1)2+y2,
化简得,x2+y2-6x+1=0.
所以可知点C在半径为22的圆上运动(且不在直线AB上).
于是点C到直线AB(即x轴)的最大距离是22,
所以S△ABC的最大值为12×2×22=22.
反思:基于试题的几何背景,由数联想到形,充分使用数形结合法,挖掘了图形的可变性与不变量,使得解题具有较强的观赏性.同时,深入研究教材会发现,本题在教材中有原型,即苏教版必修《数学2》中,第100页习题2.2第10题:
已知点M(x, y)与两个定点O(0,0),A(3,0)的距离之比为12,那么点M的坐标应满足什么关系?画出满足条件的点M所形成的曲线.
二、基于高考试题的改编题的解法探究
高考题可以由教材上的习题素材改编变化而来,同时,高考题也是我们改编创新习题,进行变式教学的取之不尽、用之不竭的源泉.笔者受2008年江苏省高考数学试卷第13题的启发,进行了以下的拓展探索.
改编题1:在△ABC中,若AB=2,C=60°,则S△ABC的最大值= .
【分析1】 这是一道解三角形问题,根据题目的已知条件,可以运用正弦定理将边AC和边BC分别用sinB和sinA表示,进而把S△ABC表示出来,建立目标函数.
【解】 在△ABC中,由正弦定理,
有BCsinA=ACsinB=2sin60°,
故BC=433sinA,
且AC=433sinB.
所以S△ABC=12AC•BC•sin60°
=433sinA•sinB
=433sinA•sin(120°-A)
=233sin(2A-30°)+33.
因为0°<A<120°,所以当且仅当A=60°时,S△ABC有最大值,且最大值为3.
【分析2】 由于题目已知一条边及其所对的角,很容易联想到余弦定理.
【解】 设边AC和BC的长分别是b和a,在△ABC中,由余弦定理可得,
a2+b2-2ab•cos 60°=4,即.a2+b2-ab=4.
根据基本不等式,有a2+b2-ab≥2ab-ab=ab,即ab≤4(当且仅当a=b时取等号).
所以S△ABC=12absin60°≤3,即S△ABC的最大值为3.
【分析3】 根据AB=2及C=60°,可联想到点C在一个定圆上运动,∠C是劣弧AB所对的圆周角,从而可以利用数形结合法从直观上进行突破.
【解】 如图所示,点C在优弧AB上运动,根据圆的几何性质,当且仅当点C在弦AB的垂直平分线上时,点C到AB的距离最大,从而S△ABC最大.此时CA=CB,即△ABC是正三角形,所以S△ABC的最大值是34•22=3.
【反思】 本题主要考查学生灵活运用正、余弦定理解斜三角形,以及基本不等式和三角函数恒等变换等知识,要求学生仔细审题,充分挖掘隐含条件,从多个角度来思考问题.同时,本题也是笔者缘于教材中一道习题的改编,具体参见苏教版必修《数学5》第21页,习题1.3第6题:
把一根长为30cm的木条锯成两段,分别作钝角三角形ABC的两边AB和BC,且∠ABC=120°,如何锯断木条,才能使第三条边AC最短?
改编题2:在平面直角坐标系中,已知椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的长轴长为30,焦点分别为F1,F2.若椭圆上存在点P,满足∠F1PF2=120°,则|F1F2|的最小值为 .
【分析1】 这是一道圆锥曲线中的最值问题,可以利用焦半径公式表示PF1和PF2,然后△PF1F2在中利用余弦定理建立等量关系,利用椭圆上点的横坐标x0的取值范围建立不等关系求解最值.
【解】 设点P(x0,y0),F1(-c,0),F2(c,0)椭圆的离心率为e.
由焦半径公式得PF1=a+ex0,PF2=a-ex0.
在△PF1F2中,由余弦定理可得,
化简得,x20=4c2-3a2e2.
因为点P在椭圆上,所以-a<x0<a.
故0≤4c2-3a2e2<a2,解得32a≤c<a.又因为a=15,所以153≤2c<30.
因此,|F1F2|的最小值为153.
【反思】 本题以圆锥曲线中焦点三角形为背景,考查了圆锥曲线的几何性质以及余弦定理的运用.学生如果能把蕴藏在问题背后的数学本质挖掘出来,解题过程也是水到渠成,让人觉得耳目一新.
【分析2】 去掉椭圆“外包装”,本题的中心问题是解焦点三角形,已知两边之和为定值,两条边所成的角度为定值.欲求第三条边F1F2的最小值,可以引入自变量,建立目标函数加以解决.这种思路与前面高考题的解法完全相通,体现了知识块与块之间的联系与迁移.
【解】 不妨设PF1=m,则PF2=30-m,(0<m<30).
在△PF1F2中,由余弦定理得,
易知当m=15时,F1F2有最小值,且(F1F2)min=153.
一、一道高考数学试题的解法分析
2008年江苏省高考数学试卷第13题 :在△ABC中,若AB=2,AC=2BC,则S△ABC的最大值= .
【分析1】 这是一道解斜三角形问题,已知三角形三条边的关系,求三角形面积的最大值.学生首先会想到利用正、余弦定理开始尝试.
【解】 设BC=a,AC=2a.
所以S△ABC的最大值为14•128=22.
【反思】 基于本题中出现的背景,运用正、余弦定理解三角形是学生会普遍采用的方案,但是运算过程中有比较复杂的化简和高次函数的最值问题,又使得解题过程充满着未知与神秘,学生往往做不到底.
【分析2】 从解析几何的角度考虑,点A、B可以看作是定点,由于动点C到点A的距离是到点B距离的2倍,因此可以求出动点C的轨迹方程.从而S△ABC的最大值问题就转化为求点C到直线AB的距离问题.
【解】 建立如图所示的平面直角坐标系,不妨取A(-1, 0),B(1, 0),C(x, y).
由已知可列方程,
(x+1)2+y2=2•(x-1)2+y2,
化简得,x2+y2-6x+1=0.
所以可知点C在半径为22的圆上运动(且不在直线AB上).
于是点C到直线AB(即x轴)的最大距离是22,
所以S△ABC的最大值为12×2×22=22.
反思:基于试题的几何背景,由数联想到形,充分使用数形结合法,挖掘了图形的可变性与不变量,使得解题具有较强的观赏性.同时,深入研究教材会发现,本题在教材中有原型,即苏教版必修《数学2》中,第100页习题2.2第10题:
已知点M(x, y)与两个定点O(0,0),A(3,0)的距离之比为12,那么点M的坐标应满足什么关系?画出满足条件的点M所形成的曲线.
二、基于高考试题的改编题的解法探究
高考题可以由教材上的习题素材改编变化而来,同时,高考题也是我们改编创新习题,进行变式教学的取之不尽、用之不竭的源泉.笔者受2008年江苏省高考数学试卷第13题的启发,进行了以下的拓展探索.
改编题1:在△ABC中,若AB=2,C=60°,则S△ABC的最大值= .
【分析1】 这是一道解三角形问题,根据题目的已知条件,可以运用正弦定理将边AC和边BC分别用sinB和sinA表示,进而把S△ABC表示出来,建立目标函数.
【解】 在△ABC中,由正弦定理,
有BCsinA=ACsinB=2sin60°,
故BC=433sinA,
且AC=433sinB.
所以S△ABC=12AC•BC•sin60°
=433sinA•sinB
=433sinA•sin(120°-A)
=233sin(2A-30°)+33.
因为0°<A<120°,所以当且仅当A=60°时,S△ABC有最大值,且最大值为3.
【分析2】 由于题目已知一条边及其所对的角,很容易联想到余弦定理.
【解】 设边AC和BC的长分别是b和a,在△ABC中,由余弦定理可得,
a2+b2-2ab•cos 60°=4,即.a2+b2-ab=4.
根据基本不等式,有a2+b2-ab≥2ab-ab=ab,即ab≤4(当且仅当a=b时取等号).
所以S△ABC=12absin60°≤3,即S△ABC的最大值为3.
【分析3】 根据AB=2及C=60°,可联想到点C在一个定圆上运动,∠C是劣弧AB所对的圆周角,从而可以利用数形结合法从直观上进行突破.
【解】 如图所示,点C在优弧AB上运动,根据圆的几何性质,当且仅当点C在弦AB的垂直平分线上时,点C到AB的距离最大,从而S△ABC最大.此时CA=CB,即△ABC是正三角形,所以S△ABC的最大值是34•22=3.
【反思】 本题主要考查学生灵活运用正、余弦定理解斜三角形,以及基本不等式和三角函数恒等变换等知识,要求学生仔细审题,充分挖掘隐含条件,从多个角度来思考问题.同时,本题也是笔者缘于教材中一道习题的改编,具体参见苏教版必修《数学5》第21页,习题1.3第6题:
把一根长为30cm的木条锯成两段,分别作钝角三角形ABC的两边AB和BC,且∠ABC=120°,如何锯断木条,才能使第三条边AC最短?
改编题2:在平面直角坐标系中,已知椭圆x2a2+y2b2=1(a>b>0)的长轴长为30,焦点分别为F1,F2.若椭圆上存在点P,满足∠F1PF2=120°,则|F1F2|的最小值为 .
【分析1】 这是一道圆锥曲线中的最值问题,可以利用焦半径公式表示PF1和PF2,然后△PF1F2在中利用余弦定理建立等量关系,利用椭圆上点的横坐标x0的取值范围建立不等关系求解最值.
【解】 设点P(x0,y0),F1(-c,0),F2(c,0)椭圆的离心率为e.
由焦半径公式得PF1=a+ex0,PF2=a-ex0.
在△PF1F2中,由余弦定理可得,
化简得,x20=4c2-3a2e2.
因为点P在椭圆上,所以-a<x0<a.
故0≤4c2-3a2e2<a2,解得32a≤c<a.又因为a=15,所以153≤2c<30.
因此,|F1F2|的最小值为153.
【反思】 本题以圆锥曲线中焦点三角形为背景,考查了圆锥曲线的几何性质以及余弦定理的运用.学生如果能把蕴藏在问题背后的数学本质挖掘出来,解题过程也是水到渠成,让人觉得耳目一新.
【分析2】 去掉椭圆“外包装”,本题的中心问题是解焦点三角形,已知两边之和为定值,两条边所成的角度为定值.欲求第三条边F1F2的最小值,可以引入自变量,建立目标函数加以解决.这种思路与前面高考题的解法完全相通,体现了知识块与块之间的联系与迁移.
【解】 不妨设PF1=m,则PF2=30-m,(0<m<30).
在△PF1F2中,由余弦定理得,
易知当m=15时,F1F2有最小值,且(F1F2)min=153.