Файл: Василевский, А. Б. Методы решения задач учебное пособие.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 21.10.2024

Просмотров: 109

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Если обе точки А и В лежат

на прямой t, то задача, очевидно,

не имеет решения.

А и В лежат по разные стороны

 

Наконец, если точки

от пря­

мой t, то, как нетрудно

видеть,

задача также не имеет решения.

В самом деле, в этом

случае

всякая окружность, проходящая

через А и В, пересекает прямую t

(рис. 58), которая, следовательно,

не может быть касательной, как

это требуется в условии

задачи.

Теперь решим эту задачу по двухэтапной схеме.

Анализ. 1. Предположим, что искомая окружность существует. Пусть Т (рис. 59) — точка касания. Из двух точек А и б по меньшей мере одна не совпадает с Т (и, следовательно, не лежит на каса­ тельной t). Присвоим ей обозначение А. Центр О искомой окруж­ ности лежит на перпендикуляре (MN) к отрезку [АТ], проведенном через его середину, а также на прямой (ТК), перпендикулярной к прямой t. Следовательно, задача будет решена, если мы найдем точку Т.

2.Точка В может лежать на прямой t. Тогда точка Т совпа­ дает с В.

3.В общем случае, когда точка В не лежит на прямой t, она

расположена по ту же сторону от нее, что и точка А (так как окружность О лежит по одну сторону от касательной t).

4. Предположим, что прямые (АВ) и t не параллельны, и обо­ значим через С точку их пересечения. По известной теореме |СТ|2 =

=|СЛ|-|СВ|. Следовательно, точку Т можно построить.

5.Если прямые (АВ) и t параллельны (рис. 60), то точка Т ле­

жит на перпендикуляре (KL) к отрезку

[АВ],

проведенном через

его середину D. Следовательно, точку Т

можно

построить.

Синтез. Из предшествующего анализа

вытекает, что все реше­

ния задачи можно найти следующим образом.

 

1.

Когда одна из точек А, В (например, В) лежит на прямой

искомая точка Т совпадает с В.

 

 

S

133


В дальнейшем будем предполагать, что обе точки А, В не ле­ жат на прямой t и, следовательно, расположены по одну сторону от нее.

2.Когда прямые (АВ) и t параллельны, проводим перпендику­ ляр (KL) (рис. 60) к отрезку [АВ] через его середину. Искомая точка Т лежит на пересечении прямых (KL) и t.

3.Когда прямые (АВ) и t пересекаются в некоторой точке С, находим средний пропорциональный [СТ' ] (рнс. 59) между отрезка­ ми [СВ] и [СЛ]. Для этого достаточно провести через Л и В про­ извольную окружность О' и к ней из точки С касательную СТ'. Затем строим окружность радиуса СТ' с центром С. Искомая точ­ ка С лежит на пересечении этой окружности с прямой t.

4.Построив точку Т, проведем прямую (77(), перпендикулярную

кпрямой t, а также перпендикуляр (MN) к отрезку [АТ] через его середину. Из точки О, в которой эти прямые пересекаются, прово­ дим, как из центра, окружность радиуса ОТ. Эта окружность яв­ ляется искомой. Докажем это для случая 3.

Заметим, что прямые t и (ТК) по построению перпендикулярны. Следовательно, окружность О касается прямой t. Далее, но построе­

нию

\ОТ\ — \ОА\.

Следовательно,

окружность О

проходит через

точку

Л. Остается

доказать,

что

она

проходит также через точ­

ку В.

Для этого достаточно

доказать,

что точка

В совпадает со

второй общей точкой окружности О и прямой (ЛС). Обозначим эту

вторую точку пересечения буквой В'

(пока

мы еще допускаем, что

точка В' может и не совпадать с В).

Так

как прямая

(СТ) — каса­

тельная к окружности О, а прямая

 

(СА) — секущая,

то |С7|2 =

= |СЛ|-|СВ'|. Но по построению |СГ|2 =

|СЛ| • СВ|.

Из сопоставления

этих двух равенств следует, что

|СВ'|

=

|СВ . А

так как обе точ­

ки В и В' лежат по ту же сторону

от

прямой t, что

и точка Л,

то они расположены по одну сторону

от точки С. Поэтому из ра­

венства |СВ'| = \СВ] следует, что точки

В и В' совпадают.

Таким образом, окружность О удовлетворяет всем условиям за­

дачи.

 

 

проводится

без труда.

Для случаев 1 и 2 доказательство

§ 2. Поиски п у т е й

р е ш е н и я з а д а ч и

 

Исследов тельский подход к решению геометрических задач

Цель этого параграфа — раскрыть роль и место задач с функци­ ональным содержанием в курсе геометрии средней школы, сформу­ лировать основные "принципы методики обучения учащихся их ре­ шению. Это будет сделано путем анализа конкретных задач.

Понятие функции является одним из наиболее важных в совре­ менной математике. Это прложение нашло отражение и в новых


школьных программах. В частности, геометрическим преобразова­ ниям, как специфическим функциям, отводятся особое место и роль в школьном курсе геометрии. Этим самым расширяются функци­ ональные представления учащихся, получаемые ими на уроках ариф­ метики и алгебры.

Развитию функциональных представлений учащихся способству­ ет и решение задач, содержанием которых является установление правила (закона), по которому изменя­ ется форма фигуры (взаимное располо­ жение ее элементов) с изменением ве­ личины некоторых ее элементов и на­ оборот.

Приведем пример такой задачи (для повторения школьного курса планиметрии).

Задача 1. На плоскости даны окруж­ ность О (50 мм) и точка А (|(М| = ' = 5 0 )/з мм). Угол ВОС равен 60°, В £ £ [ОА) (рис. 61). Хорда ВС вращается во­ круг точки О (в плоскости чертежа) против хода часовой стрелки.

1.Будет ли при этом изменяться мера угла САВ?

2.Указать на окружности те положения точки В, при которых

I_САВ становится наименьшим и наибольшим.

3.Отметить те дуги окружности, при движении по которым I'_САВ уменьшается или увеличивается.

4.Сколько существует таких положений точки В на окруж­

ности, при которых

величина ^ САВ равна: 0°, 15°,

20°,

30°, 45°,

60°,

90°?

задачи составляет изучение того,

как

изменя­

Содержание этой

ется мера (величина) угла САВ с изменением положения хордьпВС на данной окружности.

Традиционно все школьные геометрические задачи делятся на задачи на вычисление, доказательство и построение. Очевидно, сфор­ мулированная задача не относится ни к одному из этих видов, так как при ее решении приходится заниматься не только построением,

вычислением и доказательством, но и обнаружением и обосновани-

л

ем закона измененения САВ.

примера

1. Каким

образом

Итак, вернемся к первому вопросу

может ученик получить ответ на этот

вопрос? Если задача реша­

ется в классе, то динамическая демонстрационная модель

была бы

лучшим средством получения первого

предположения

о характере

Л

 

точки

О.

Но кон-

изменения САВ при вращении хорды ВС около

135


струированме динамических моделей дело сложное. Поэтому скорее

л

всего ученик получит первое представление об изменении ВАС в результате выполнения с помощью инструментов аккуратных по­

строений различных положений хорды ВС на окружности и измере-

д

ния транспортиром ВАС. Для ускорения работы учитель может раз­ делить класс на группы. Каждая группа учащихся выполняет соот­ ветствующие построения и измерения (транспортиром) для указан­

ных ей учителем положений точки В па окружности. Например, всю окружность точками Bv = В, Въ В3, ..., В24 можно разделить на 24 конгруэнтные части. Каждая группа учащихся выполняет

построения двух-трех

положений хорды ВС и находит для

этих по-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

л

 

 

 

 

 

ложений хорды приближенное значение ВАС.

 

 

 

 

Различные положения хорды ВС показаны на рис. 61 н 62. Ре­

зультаты коллективной работы вносятся

в изображенную

на доске

таблицу (табл. 1). По таблице строится

график (рис. 63).

 

 

Какие гипотезы могут выдвинуть ученики, рассматривая по­

лученную таблицу (график)?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1)

С увеличением

А

 

30°

до

150°

А

увеличивается

от

ВОА от

ВАС

0’ до 23' (приближенное

значение);

 

 

 

л

 

 

 

 

2)

с увеличением

л

 

150°

до 270°

 

 

 

 

 

ВОА от

ВАС уменьшается от 23°

(приближенное значение)

до 0°;

 

 

 

 

л

 

 

 

 

3)

с увеличением

а

 

_

до

330°

 

 

 

 

 

ВОА от 270

ВАС увеличивается от 0°

до 60’;

 

А

 

 

 

 

 

 

А

 

 

 

 

4)

с увеличением

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВОА от 330°

до 360° ВАС уменьшается с 60°

до 35° (приближенное значение);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5)

 

 

А

 

 

 

 

Л

уменьшается

от

35°

с увеличением ВОА от 0° до 30°

ВАС

(приближенное значение)

до 0Э;

Л

 

 

 

 

А

 

 

6)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

270°;

 

угол ВАС наименьший, если ВОА =

30° или ВОА =

 

7)

угол ВАС наибольший (равен 60°), если ВОА = 330°;

 

8)

существуют

четыре экстремальные точки = 30°, ISO3, 270°,

330°);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9)

существует

по два

положения

точки

В,

при

 

 

А

которых ВАС

равна

0°, 30°, 45°;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В,

 

 

 

10)

существует

четыре

положения

 

точки

при

которых

ВАС = 15°, 20°;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

11)

существует

одно положение В,

при котором ВАС = 60°;

 

136


 

 

 

Т а б л и ц а 1

 

 

Л

Л

 

 

х = ВО А, г р а д

у — В А С , г р а д

B y

0

35

В о

15

14

в *

30

0

By

45

8

В 5

60

14

в

в

75

16

в

7

90

19

в а

105

20

В 9

120

21

В у о

135

22

В у у

150

23

В 12

165

22

В 1з

180

21

В у у

195

20

В у з

210

19

В у з

225

17

В п

240

14

B y S

255

8

В у з

270

0

В г о

285

13

В »у

300

36

В , 2

315

55

$23

330

60

В 2у

345

54

В цу

360

35

12) не существует такого положения В, при котором ВАС — 90°. Этим заканчивается первый этап работы над задачей (получение

правдоподобных гипотез).

Но, подчеркиваем еще раз, все двенадцать сформулированных положений являются пока только гипотезами, полученными самими учениками на основании фактических построений и измерений. Эти утверждения им предстоит доказать или отвергнуть. Не каждое из них сумеют обосновать все ученики восьмого класса без предвари­ тельной подготовки.

137