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一個(gè)最值問(wèn)題的探究之旅

2018-11-29 07:24丁君斌陳香云
福建中學(xué)數(shù)學(xué) 2018年5期
關(guān)鍵詞:動(dòng)點(diǎn)定值向量

丁君斌 陳香云

課堂中,學(xué)生提出了教師事先沒(méi)有想到的問(wèn)題,教師該如何對(duì)待呢?是視而不見(jiàn)或生硬扼殺地拉回到自己原先設(shè)計(jì)好的軌道上來(lái),還是順勢(shì)借力使學(xué)生的提問(wèn)真正成為課堂的教學(xué)資源,讓學(xué)生在課堂上探索他們自己產(chǎn)生的、有興趣、有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題,筆者在一節(jié)“平面向量”復(fù)習(xí)課中,就出現(xiàn)這樣的情景,茲實(shí)錄如下:

通過(guò)巡視教室發(fā)現(xiàn),大部分學(xué)生都是這樣做的,筆者準(zhǔn)備講下一道例題時(shí),忽然,有一個(gè)學(xué)生站起來(lái)說(shuō):“老師,向量具有幾何、代數(shù)雙重身份,你的方法是用代數(shù)法,解得也非常巧妙,可是我覺(jué)得這道題幾何特征明顯,是不是可以用幾何法解決呢?我根據(jù)題意畫(huà)出如圖2所示的圖形,即點(diǎn)P在以0為圓心1和2為半徑的圓環(huán)內(nèi)運(yùn)動(dòng),點(diǎn)B1,B2分別在在半徑為3和4的圓上,點(diǎn)A,P是矩形PB1AB2的兩個(gè)頂點(diǎn),問(wèn)題就轉(zhuǎn)化為在圖2中求|OA|的取值范圍.”

學(xué)生提出了問(wèn)題,而且是教師也不知道能不能解決的問(wèn)題,怎么辦?如果想解決這個(gè)問(wèn)題,很可能最后會(huì)無(wú)功而返,教師“面子丟盡”.正準(zhǔn)備留給學(xué)生一句話(huà):“這個(gè)問(wèn)題提的很好,我們留到課后再探究”然后繼續(xù)今天的預(yù)設(shè)教案,轉(zhuǎn)眼看到這個(gè)學(xué)生期許的眼光,筆者猶豫了,學(xué)生能夠提出問(wèn)題,說(shuō)明他對(duì)所學(xué)的內(nèi)容感興趣,他在積極的思考,他有解決這個(gè)問(wèn)題的期許,他想從老師那里得到自己需要的東西,如果留到課后探究,效果可能大打折扣,于是決定放棄自己既定的教學(xué)目標(biāo).

師:請(qǐng)說(shuō)說(shuō)你自己的困惑,或者說(shuō)你在哪里卡住了?

(課堂上面對(duì)新問(wèn)題,把問(wèn)題拋還給學(xué)生,激發(fā)他們思考的熱情,同時(shí)也為自己留點(diǎn)思考時(shí)間.)

生1:主要是動(dòng)點(diǎn)太多,有PB1,A2B2個(gè)動(dòng)點(diǎn).

師:真的有4個(gè)動(dòng)點(diǎn)嗎?或者說(shuō)是否可以不妨固定某個(gè)動(dòng)點(diǎn)嗎?

生1:可以固定B或B2,因?yàn)锽1,B2都可以在圓上任意動(dòng),固定其中的一點(diǎn)不會(huì)影響題目的結(jié)果,我就把B1點(diǎn)固定在(3,0).另外根據(jù)向量的加法原理,如果P點(diǎn)定了A點(diǎn)和B2也隨之確定,所以我這道題目實(shí)際上就是一個(gè)動(dòng)點(diǎn).

師:那以前碰到動(dòng)態(tài)問(wèn)題怎么處理的呢?

生1:特殊化原則,當(dāng)點(diǎn)P在半徑為1的圓上運(yùn)動(dòng)時(shí),甚至更特殊就取P(1,0),如圖3.

師:好,那我們就特殊化試試看.(1分鐘后)

生1:老師,當(dāng)P(1,0)時(shí),如圖求得|OA|=2√6.好像就是最大值,如果能證明P點(diǎn)在其它地方都比2√6小就可以了.

師:能證明嗎?其他同學(xué)一起試試看能否證明?(5分鐘后)

生2:老師,我另外取了幾個(gè)特殊點(diǎn)P(O,1),P(一1,0),P(√2/2,√2/2),算出來(lái)結(jié)果都是|OA|=2√6,所以我猜想只要是同一個(gè)圓上任意點(diǎn)P,恒有OA=2√6.

師:這位同學(xué)想法很好,由特殊到一般,形成猜想,這是數(shù)學(xué)中的很重要的思想,老師也不知道這個(gè)猜想是否正確,下面我們分兩組對(duì)這個(gè)猜想進(jìn)行驗(yàn)證,一組繼續(xù)取特殊值驗(yàn)證是不是定值;另一組嘗試能否證明這個(gè)猜想?(5分鐘后,取特殊點(diǎn)的一組同學(xué)還是無(wú)法找到反例,另一組同學(xué)也無(wú)法找到證明,這時(shí)突然一個(gè)學(xué)生站起來(lái))

生3:通過(guò)對(duì)取特殊點(diǎn)計(jì)算的過(guò)程,我發(fā)現(xiàn)|OA|的值僅與|OB1|,|OB2|,|OP|有關(guān),且有|OA|2=|OB1|2+ |OB2|2-|OP|2,所以我形成另一個(gè)猜想,無(wú)論點(diǎn)p在哪里都有|OA|2= |OB1|2+|OB2 |2一|OP|2.如果能證明這個(gè)等式,那么上面的猜想就證明了.

師:(真是一波未平一波又起)為了證明一個(gè)猜想,只需證明另一個(gè)猜想,這也是數(shù)學(xué)中的一種重要思想等價(jià)轉(zhuǎn)化是想,那我們來(lái)試試看能否證明?

(通過(guò)巡視,教師發(fā)現(xiàn),學(xué)生陷入僵局,此時(shí)教師已經(jīng)發(fā)現(xiàn),這其實(shí)就是平面幾何中的一個(gè)結(jié)論,利用向量很容易證明,至此本題已經(jīng)解決,于是老師做了以下引導(dǎo))

師:P,B1,A2,B2這四點(diǎn)有什么特征嗎?或者說(shuō),他們之間有什么聯(lián)系? (4分鐘后)

生4:P,B1,A,B2,四點(diǎn)共圓,并且AP和B1B2分別是這個(gè)圓的兩條不同直徑(如圖4).于是又轉(zhuǎn)化為只需證明以下結(jié)論:AB是圓M的任意一條直徑,Ⅳ為平面上一定點(diǎn)(如圖5),則|NA|2+ |NB|2為定值.

師:能證明嗎?(3分鐘后)

生4:利用向量可以證明,因?yàn)镹A+ NB= 2MN,NA - NB= AB,兩式平方和可得到|NA|2+ |NB|2=4|MN|2 +|AB|2(為定值).因此在圖4中因?yàn)镻,B1,A,B2四點(diǎn)共圓,且AP及B1B2分別是的兩條不同直徑,O為定點(diǎn),|OA|2 +|OP|2=|OB1|2 +|OB2|2,所以原題就很容易解決(如圖6):

因?yàn)閨OA|2= |OB1|2+|OB2|2-|OP|2= 25-|OP|2,由1<|OP|<2.

所以|OA|的取值范圍為(√21,2√6).

至此下課時(shí)間到了,學(xué)生們還沉浸在發(fā)現(xiàn)的喜悅中,意猶未盡,筆者趁熱打鐵,提出下面兩個(gè)問(wèn)題當(dāng)做課后作業(yè):

1.(2017年高考浙江卷·理15)已知向量a,6滿(mǎn)足|a|=1,|b|=2,則a+bl+|a-b|的最小值是____,最大值是____.

2.(2016年高考浙江卷·理6改編)已知平面向量a,b滿(mǎn)足|a|=√3/4:b=e1+ λe2(λ∈R),其中e1,e2為不共線(xiàn)的單位向量,若對(duì)符合上述條件的任意向量a,b恒有|a-b|≥√3/4,則e1,e2夾角的最小值為( )

A.π/6

B.π/3

C. 2π/3

D. 5π/6

課后大家熱情高漲,通過(guò)批改作業(yè)發(fā)現(xiàn)這兩題的解法非常之多,對(duì)“向量”這一節(jié)內(nèi)容真正做到了靈活運(yùn)用.

葉圣陶先生曾經(jīng)說(shuō)過(guò):“要讓課堂活起來(lái)”,當(dāng)課堂上遇到學(xué)生的突然發(fā)問(wèn),這些發(fā)問(wèn)不一定是我們?cè)趥湔n中能預(yù)料到的,有的甚至是些稀奇古怪的問(wèn)題,怎么辦?本節(jié)課教師把學(xué)生的問(wèn)題還給學(xué)生解決,調(diào)動(dòng)了學(xué)生的探究興趣,體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生的尊重,使課堂鮮活生動(dòng).

數(shù)學(xué)教學(xué)活動(dòng)的過(guò)程應(yīng)當(dāng)是學(xué)生“做中學(xué)”、“悟中學(xué)”的過(guò)程,學(xué)生在課堂的突然發(fā)問(wèn),恰恰說(shuō)明了學(xué)生思維的活躍,往往是課堂的閃光之處,如果充分利用這些突然發(fā)問(wèn),引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自己討論把問(wèn)題解決掉,可以為教師處理教學(xué)爭(zhēng)取一點(diǎn)時(shí)間,還會(huì)把學(xué)生的思維引向深入,另外,當(dāng)堂解決問(wèn)題,也是對(duì)學(xué)生的發(fā)展負(fù)責(zé).

王尚志教授指出:“數(shù)學(xué)核心素養(yǎng)不能離開(kāi)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)、應(yīng)用、創(chuàng)新…它們綜合體現(xiàn)在‘發(fā)現(xiàn)與提出問(wèn)題、分析與解決問(wèn)題的過(guò)程中,”課堂中,教師應(yīng)及時(shí)捕捉學(xué)生思維的火花,給他們提供適當(dāng)?shù)奈枧_(tái),創(chuàng)新的見(jiàn)解就會(huì)源源不斷地涌現(xiàn)出來(lái).

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