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一道模拟题与高考题的联系与解法探究

2014-04-10翁远珍杨唐桂

理科考试研究·高中 2014年3期
关键词:三边定值海伦

翁远珍+杨唐桂

每年高考试题丰富多彩,形式各样,而且都是原创题,但是对数学知识考查及解法却是大同小异,有些高考题更是可看成是平时一些模拟题的变式提高,关键是能不能发现其中的联系.下以两题为例.

一、原题展示

题目1 (2013年高考新课标1(理)第12题)设△AnBnCn的三边长分别为an,bn,cn,△AnBnCn的面积为Sn,n=1,2,3,…,若b1>c1,b1+c1=2a1,an+1=an,bn+1=cn+an2,cn+1=bn+an2,则( ).

A.{Sn}为递减数列 B.{Sn}为递增数列

C.{S2n-1}为递增数列,{S2n}为递减数列

D.{S2n-1}为递减数列,{S2n}为递增数列

题目2 (2012武汉模拟)如图,线段AB=8,点C在线段AB上,且AC=2,P为线段CB上一动点,点A绕点C旋转后与点B绕点P旋转后重合于点D.设CP=x,△CPD的面积为f(x).则f(x)的定义域为 ;f(x)的最大值为 .

二、发现联系

粗一看这两道题一个问的是数列问题,一个问的是函数问题,两者没什么关系.可细一看,不难发现,两者都涉及到三角形的面积.

再细分析条件 对于题目1

因为an+1=an,bn+1=cn+an2,cn+1=bn+an2,所以an=a1,

所以bn+1+cn+1=an+bn+cn2=a1+bn+cn2,

所以bn+1+cn+1-2a1=bn+cn-2a12,又b1+c1=2a1,所以bn+cn=2a1.

于是,在△AnBnCn中,边长BnCn=a1为定值,另两边AnCn、AnBn的长度之和bn+cn=2a1为定值.

对于题目2

由题意,DC=2,CP=x,DP=6-x,边长DC为定值,另两边CP+DP=6为定值.

可见两题本质相同,实是考查同一知识:已知三角形三边中一边长为定值,另两边长之和为定值,求三角形面积问题.

三、解法探究

因为两题本质相同,故可用相同方法求解.常用方法有以下几种:

方法一:

因为三角形周长为定值,故可用海伦公式求解

题目1:可得Sn=p(p-an)(p-bn)(p-cn)=p(p-a1)(p2-2a1p+bncn),

其中p是半周长,各三角形半周长相等,bn+1cn+1=a2n+(bn+cn)an+bncn4=3a21+bncn4,所以bn+1cn+1-bncn=3a21-3bncn4>0,即{bncn}是递增的,故{Sn}是递增的.选B

题目2中:由题意,DC=2,CP=x,DP=6-x.

因为△CPD中,两边之差小于第三边及两边之和大于第三边,所以得x∈(2,4),三角形的周长是一个定值8,

故其面积可用海伦公式表示出来,即f(x)=4(4-x)(4-6+x)2=-8x2+48x-64,

易得x=3时,f(x)max=22.

方法二:

由于海伦公式在有些教材是作为阅读材料补充的,可能较多学生不会记忆,也可用三角形余弦定理求解.以题目2为例,由余弦定理有

cos∠DCP=DC2+CP2-DP22DC·CP=4+x2-(6-x)24x=3x-8x

所以sin∠DCP=1-(3x-8x)2=-8x2+48x-64x(2

,则f(x)=12DC·CP·sin∠DCP,可得f(x)=-8x2+48x--64,下同法一.

方法三:

设∠DCP=α,由方法二cos∠DCP=3x-8x,可得x=83-cosα,则S△DCP=12DC·CP·sin∠DCP=8sinα3-cosα(0<α<π).可求得最大值22.

以上三种方法都是围绕解三角形而来,而方法二与方法三在解题目2时易于想到,对于题目1却难以联想.而且对于这样一道选择题,对海伦公式不熟练的同学,也是想不到此公式的.那么,有没有更易于想到且计算更快的方法呢?由上分析已得知:题目1和题目2都是已知三角形三边中一边长为定值,另两边长之和为定值,求三角形面积问题.以上三法都是从三边出发而得,实际也可看成是三角形三顶点中两点固定,另一顶点运动.笔者经过进一步的分析思考,得到方法四.

方法四:

题目1中,因为an+1=an=a1=BnCn,bn+cn=AnCn+AnBn=2a1>a1=BnCn所以An在以Bn,Cn为焦点的椭圆上运动(不与E,F重合),如图.同方法一中,因为bn+1-cn+1=cn+an2-bn+an2=-12(bn-cn),所以bn-cn=(-12)n-1(b1-c1).

当n→+∞时,有bn-cn→0,即bn→cn,所以An在椭圆顶点D两边摆动向D点靠近,由图易知,当An越向D点靠近,△AnBnCn的面积越大,故{Sn}是递增的.

此法用于题目2,亦可快速得出f(x)的最大值.

每年高考试题丰富多彩,形式各样,而且都是原创题,但是对数学知识考查及解法却是大同小异,有些高考题更是可看成是平时一些模拟题的变式提高,关键是能不能发现其中的联系.下以两题为例.

一、原题展示

题目1 (2013年高考新课标1(理)第12题)设△AnBnCn的三边长分别为an,bn,cn,△AnBnCn的面积为Sn,n=1,2,3,…,若b1>c1,b1+c1=2a1,an+1=an,bn+1=cn+an2,cn+1=bn+an2,则( ).

A.{Sn}为递减数列 B.{Sn}为递增数列

C.{S2n-1}为递增数列,{S2n}为递减数列

D.{S2n-1}为递减数列,{S2n}为递增数列

题目2 (2012武汉模拟)如图,线段AB=8,点C在线段AB上,且AC=2,P为线段CB上一动点,点A绕点C旋转后与点B绕点P旋转后重合于点D.设CP=x,△CPD的面积为f(x).则f(x)的定义域为 ;f(x)的最大值为 .

二、发现联系

粗一看这两道题一个问的是数列问题,一个问的是函数问题,两者没什么关系.可细一看,不难发现,两者都涉及到三角形的面积.

再细分析条件 对于题目1

因为an+1=an,bn+1=cn+an2,cn+1=bn+an2,所以an=a1,

所以bn+1+cn+1=an+bn+cn2=a1+bn+cn2,

所以bn+1+cn+1-2a1=bn+cn-2a12,又b1+c1=2a1,所以bn+cn=2a1.

于是,在△AnBnCn中,边长BnCn=a1为定值,另两边AnCn、AnBn的长度之和bn+cn=2a1为定值.

对于题目2

由题意,DC=2,CP=x,DP=6-x,边长DC为定值,另两边CP+DP=6为定值.

可见两题本质相同,实是考查同一知识:已知三角形三边中一边长为定值,另两边长之和为定值,求三角形面积问题.

三、解法探究

因为两题本质相同,故可用相同方法求解.常用方法有以下几种:

方法一:

因为三角形周长为定值,故可用海伦公式求解

题目1:可得Sn=p(p-an)(p-bn)(p-cn)=p(p-a1)(p2-2a1p+bncn),

其中p是半周长,各三角形半周长相等,bn+1cn+1=a2n+(bn+cn)an+bncn4=3a21+bncn4,所以bn+1cn+1-bncn=3a21-3bncn4>0,即{bncn}是递增的,故{Sn}是递增的.选B

题目2中:由题意,DC=2,CP=x,DP=6-x.

因为△CPD中,两边之差小于第三边及两边之和大于第三边,所以得x∈(2,4),三角形的周长是一个定值8,

故其面积可用海伦公式表示出来,即f(x)=4(4-x)(4-6+x)2=-8x2+48x-64,

易得x=3时,f(x)max=22.

方法二:

由于海伦公式在有些教材是作为阅读材料补充的,可能较多学生不会记忆,也可用三角形余弦定理求解.以题目2为例,由余弦定理有

cos∠DCP=DC2+CP2-DP22DC·CP=4+x2-(6-x)24x=3x-8x

所以sin∠DCP=1-(3x-8x)2=-8x2+48x-64x(2

,则f(x)=12DC·CP·sin∠DCP,可得f(x)=-8x2+48x--64,下同法一.

方法三:

设∠DCP=α,由方法二cos∠DCP=3x-8x,可得x=83-cosα,则S△DCP=12DC·CP·sin∠DCP=8sinα3-cosα(0<α<π).可求得最大值22.

以上三种方法都是围绕解三角形而来,而方法二与方法三在解题目2时易于想到,对于题目1却难以联想.而且对于这样一道选择题,对海伦公式不熟练的同学,也是想不到此公式的.那么,有没有更易于想到且计算更快的方法呢?由上分析已得知:题目1和题目2都是已知三角形三边中一边长为定值,另两边长之和为定值,求三角形面积问题.以上三法都是从三边出发而得,实际也可看成是三角形三顶点中两点固定,另一顶点运动.笔者经过进一步的分析思考,得到方法四.

方法四:

题目1中,因为an+1=an=a1=BnCn,bn+cn=AnCn+AnBn=2a1>a1=BnCn所以An在以Bn,Cn为焦点的椭圆上运动(不与E,F重合),如图.同方法一中,因为bn+1-cn+1=cn+an2-bn+an2=-12(bn-cn),所以bn-cn=(-12)n-1(b1-c1).

当n→+∞时,有bn-cn→0,即bn→cn,所以An在椭圆顶点D两边摆动向D点靠近,由图易知,当An越向D点靠近,△AnBnCn的面积越大,故{Sn}是递增的.

此法用于题目2,亦可快速得出f(x)的最大值.

每年高考试题丰富多彩,形式各样,而且都是原创题,但是对数学知识考查及解法却是大同小异,有些高考题更是可看成是平时一些模拟题的变式提高,关键是能不能发现其中的联系.下以两题为例.

一、原题展示

题目1 (2013年高考新课标1(理)第12题)设△AnBnCn的三边长分别为an,bn,cn,△AnBnCn的面积为Sn,n=1,2,3,…,若b1>c1,b1+c1=2a1,an+1=an,bn+1=cn+an2,cn+1=bn+an2,则( ).

A.{Sn}为递减数列 B.{Sn}为递增数列

C.{S2n-1}为递增数列,{S2n}为递减数列

D.{S2n-1}为递减数列,{S2n}为递增数列

题目2 (2012武汉模拟)如图,线段AB=8,点C在线段AB上,且AC=2,P为线段CB上一动点,点A绕点C旋转后与点B绕点P旋转后重合于点D.设CP=x,△CPD的面积为f(x).则f(x)的定义域为 ;f(x)的最大值为 .

二、发现联系

粗一看这两道题一个问的是数列问题,一个问的是函数问题,两者没什么关系.可细一看,不难发现,两者都涉及到三角形的面积.

再细分析条件 对于题目1

因为an+1=an,bn+1=cn+an2,cn+1=bn+an2,所以an=a1,

所以bn+1+cn+1=an+bn+cn2=a1+bn+cn2,

所以bn+1+cn+1-2a1=bn+cn-2a12,又b1+c1=2a1,所以bn+cn=2a1.

于是,在△AnBnCn中,边长BnCn=a1为定值,另两边AnCn、AnBn的长度之和bn+cn=2a1为定值.

对于题目2

由题意,DC=2,CP=x,DP=6-x,边长DC为定值,另两边CP+DP=6为定值.

可见两题本质相同,实是考查同一知识:已知三角形三边中一边长为定值,另两边长之和为定值,求三角形面积问题.

三、解法探究

因为两题本质相同,故可用相同方法求解.常用方法有以下几种:

方法一:

因为三角形周长为定值,故可用海伦公式求解

题目1:可得Sn=p(p-an)(p-bn)(p-cn)=p(p-a1)(p2-2a1p+bncn),

其中p是半周长,各三角形半周长相等,bn+1cn+1=a2n+(bn+cn)an+bncn4=3a21+bncn4,所以bn+1cn+1-bncn=3a21-3bncn4>0,即{bncn}是递增的,故{Sn}是递增的.选B

题目2中:由题意,DC=2,CP=x,DP=6-x.

因为△CPD中,两边之差小于第三边及两边之和大于第三边,所以得x∈(2,4),三角形的周长是一个定值8,

故其面积可用海伦公式表示出来,即f(x)=4(4-x)(4-6+x)2=-8x2+48x-64,

易得x=3时,f(x)max=22.

方法二:

由于海伦公式在有些教材是作为阅读材料补充的,可能较多学生不会记忆,也可用三角形余弦定理求解.以题目2为例,由余弦定理有

cos∠DCP=DC2+CP2-DP22DC·CP=4+x2-(6-x)24x=3x-8x

所以sin∠DCP=1-(3x-8x)2=-8x2+48x-64x(2

,则f(x)=12DC·CP·sin∠DCP,可得f(x)=-8x2+48x--64,下同法一.

方法三:

设∠DCP=α,由方法二cos∠DCP=3x-8x,可得x=83-cosα,则S△DCP=12DC·CP·sin∠DCP=8sinα3-cosα(0<α<π).可求得最大值22.

以上三种方法都是围绕解三角形而来,而方法二与方法三在解题目2时易于想到,对于题目1却难以联想.而且对于这样一道选择题,对海伦公式不熟练的同学,也是想不到此公式的.那么,有没有更易于想到且计算更快的方法呢?由上分析已得知:题目1和题目2都是已知三角形三边中一边长为定值,另两边长之和为定值,求三角形面积问题.以上三法都是从三边出发而得,实际也可看成是三角形三顶点中两点固定,另一顶点运动.笔者经过进一步的分析思考,得到方法四.

方法四:

题目1中,因为an+1=an=a1=BnCn,bn+cn=AnCn+AnBn=2a1>a1=BnCn所以An在以Bn,Cn为焦点的椭圆上运动(不与E,F重合),如图.同方法一中,因为bn+1-cn+1=cn+an2-bn+an2=-12(bn-cn),所以bn-cn=(-12)n-1(b1-c1).

当n→+∞时,有bn-cn→0,即bn→cn,所以An在椭圆顶点D两边摆动向D点靠近,由图易知,当An越向D点靠近,△AnBnCn的面积越大,故{Sn}是递增的.

此法用于题目2,亦可快速得出f(x)的最大值.

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