灵活构造平面图形,突出矢量几何的真实色彩_直角坐标系论文

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向量在近年高考中的地位越来越重要,其工具性作用已渗透到数学的各个分支.由于向量知识易于出难题,因此近年各省高考选填题中对向量知识的考查变得更加灵活多变,对学生能力要求较高,往往题型新颖或考查能力要求的试题就成为学生的主要失分点.

笔者通过教学研究发现,学生对使用向量作为工具,解决问题的意识、能力不强,主要体现在向量问题的两个方面:

(1)向量在具体问题中的运用主要体现于在向量加减法、数量积、数乘等基础上与其他知识的融合;

(2)对根据向量条件建构图形不够熟练,不能从向量的角度建构图形、解决问题.

因此,如何灵活建构图形,巧妙解决向量问题是解决选填题的关键.下面通过几个问题谈谈笔者的想法,来提高学生的建构意识,强化学生理性建构图形的意识,提高学生解决问题的能力.

一、建构“圆”

有些向量试题短小精悍,非常简洁,且试题新意不断,亮点频出,平实中显精巧雅致,解法上既宽又活且巧,将向量问题利用建构“圆”的方式体现得淋漓尽致.数学基本思想方法中的数形结合思想、化归转化思想深蕴其中.

分析:向量a,b满足夹角120°,且a-c与b-c夹角是60°,以四点共圆来建构图形.

说明:本题仍旧从向量夹角的角度出发,利用对角互补四点共圆,极为方便地解决了|c|的最大值问题.

例2 已知向量a,b满足a=b=a·b=2,且(a-c)·(b-2c)=0,求b-c的最小值.

,问题转化为定点B到圆上动点C距离的最值.至此,问题已达到学生能认知的模式,|b-c|的最小值为BQ-r.

说明:关注垂直知识点的转化,关注向量夹角,并结合有效信息建构合理的图形——圆,将问题转化为圆外定点到圆上动点的距离问题.此类问题往往需要审视向量条件中的垂直关系.

二、建构“三角形”

例3已知向量a≠e,|e|=1,对任意t∈R,恒有|a-te|≥|a-e|,则().

A.a⊥e B.a⊥(a-e)

C.e⊥(a-e) D.(a+e)⊥(a-e)

分析:2005年的浙江高考向量题使人第一次深深感受到向量试题的独特魅力.几何背景隐蔽,难度也较高,平面向量题中第一次引入参数,激活了更多的思想方法.仅仅一个参数t,给向量问题带来了动感.

解析:将问题图形化,如图3所示,三角形及其一边上的高,将本问题利用图形化转化,答案已经跃然纸上,其本质是点到直线距离概念内涵的几何属性,最小值借助于向量语言的描述.

说明:向量描述下的相等关系、不等关系乍一看,简约而不简单.一旦利用建构“三角形”的方法,等于、不等的联系在三角形中竟是如此的简单明了.用化数为形的分析直接快捷地得到正确的结论,起到事半功倍的作用.

例4 已知平面向量α、β(为不等的非零向量)满足将|β|=1,且α与β-α的夹角为120°,则|α|的取值范围是______.

分析:由于给出α、β、β-α三个向量,容易想到建构三角形,夹角为120°必定与三角形内角有关,故α的取值转变为三角形中的正弦定理或余弦定理求解.

说明:本题还有其他多种解法,但是建构三角形是最容易进入学生思维“最近发展区”的解法,因为向量减法的相关知识在学生脑海中根深蒂固,当三角形建构之后,求解三角形边长很自然想到运用正余弦定理.

三、建构“斜角坐标系”

分析:这是2006年一道比较新颖的向量试题,有多种解法.但我们从建构斜角坐标系出发,从平面向量基本定理及斜角坐标系下线性规划的角度求解,给人焕然一新的感觉.

解析:以OA为x轴,OB为y轴建立的斜角坐标系,分为四个象限,如图6,类比直角坐标系下线性规划知识可得:

(1)过点O且平行于AB的直线,其斜角坐标系下方程为:x+y=0;

(2)以OA为x轴,OB为y轴建立的斜角坐标系也分为四个象限,类比直角坐标系下线性规划知识可得:(1-1区域指的是第一象限1号区域,其余类似)

分析:原解是利用向量数量积与三角函数知识求解,是典型的向量问题代数化.不过,也可利用图形“建构”来解决.以OA为x轴,OB为y轴建立斜坐标系,以类似于直角坐标系下的知识予以解决.

解析:利用数形结合可知,当且仅当点C所在直线x+y=k与圆弧相切时,k最大,此时直线x+y=k与半径OC垂直,易得截距=2.(当C重合于A或B时,k有最小值1)

说明:从本问题看出,不必拘泥于坐标系的形式,单位长度的选取依题而定,自由度和灵活度更大,为坐标系类比、拓宽思路提供了新的视角.

本文主要说明,一方面要重视向量教学中利用图形建构的解题策略.建构图形解决向量问题是一种“创新”,不仅学生灵活掌握向量之间的图形建构,而且对创新思维的培养有一定的帮助.

另一方面,我们也要正确看待建构图形巧解向量问题,它展示了数形结合思想的魅力,如例5的解法,类比直角坐标系得到斜坐标系,熟练掌握之后,不仅快捷方便,而且还有一定的创新性.

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