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借助三角形外心 巧妙求解代数式

2023-01-11江苏省海安高级中学

中学数学 2022年17期
关键词:余弦定理代数直观

江苏省海安高级中学

叶枝凤

平面向量是历年高考数学的一个重要知识点,是高考的热点与重点问题之一,由于其同时兼备“形”的特征与“数”的性质,问题设置新颖多样,内涵丰富背景创新,变化多端思维各异,是数学学科中知识与能力充分交汇与融合的理想场所,具有很好的选拔性与区分度,倍受命题者青睐.

1 问题呈现

此题以三角形为载体,结合确定的三角形以及外心,通过含参数的平面向量的线性关系式的建立,进而求解对应参数的一次代数关系式的值.破解此类问题,关键就是要抓住平面向量中的“形”的特征、“数”的性质或“形”与“数”的和谐统一,从平面几何角度加以直观处理,平面向量角度加以转化,坐标角度加以运算等,从而解决相应的问题.

2 问题破解

思维视角一:平面几何思维.

解法1:(平面几何法)如图1所示,取AB的中点D,在AC上取一点E,使AC=3AE,连接OD,OE,DE,其中OA交DE于点F,则AD=1,AE=1,OD⊥AB.而∠BAC=60°,则知△ADE为正三角形,从而DE=1,∠ODE=30°.

图1

在△ABC中,由余弦定理,可得

点评:根据平面向量“形”的特征,以及平面向量的线性关系式,通过三角形图形的直观,结合余弦定理与正弦定理的应用,利用三角形面积的转化确定对应边长之间的比值,从而把平面向量的线性关系式转化为以A为起点的三个共线的向量之间的线性关系式问题,利用共线向量的性质建立关系式来求解.

思维视角二:平面向量思维.

图2

结合余弦定理的向量式,有

所以,4x+3y=2.

结合余弦定理的向量式,有

所以,4x+3y=2.

图3

在△ABC中,由余弦定理,可得

点评:根据平面向量“形”与“数”的和谐统一性,建立相应的平面直角坐标系,先确定点C的坐标,利用三角形外心的性质,综合解三角形中的余弦定理和正弦定理,以及勾股定理来确定外心O的坐标.利用坐标运算代入平面向量的线性关系式,建立相应参数的一次方程组,通过求解参数值,进而得以求出一次代数关系式的值.不同的建系法都可以达到破解的目的,只是相应的点的坐标发生了变化.

3 解后反思

借助平面向量“形”的特征与“数”的性质的双重身份,破解此类问题时,可以从“形”的角度入手,利用几何直观,通过平面几何特征或图形直观等形式来处理;可以从“数”的角度入手,利用代数视角,通过代数运算或平面向量的运算等形式来解决;还可以从“形”与“数”的和谐统一性,通过坐标运算等形式来破解等.涉及平面向量的相关问题,能有效达到问题设置的多知识融合,思维方式的多角度切入,破解技巧的多方法处理等,是充分考查数学知识,提升数学能力,培养数学核心素养的好阵地.

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