对于凌凡这种自认“脑洞大”但“逻辑弱”的学渣来说,几何曾经是他的噩梦——那些图形在他眼里不是智慧的结晶,而是一堆莫名其妙线条的堆砌。
但现在,手握“错题五步法”和“回归基础”两大法宝,他决定换一种方式来叩击几何之门。
这天,他遇到了一道初中几何的经典题,难度中等偏上,正好卡在他的“最近发展区”——
【题目】:如图,在△Abc中,Ab = Ac,∠bAc = 120°。d是bc边上的点,且bd = 2dc。求证:Ad ⊥ bc。
(他手动画了个草图:一个顶角120°的等腰三角形,底边bc上有一个点d,满足bd是dc的两倍。)
凌凡盯着题目看了五分钟,大脑一片空白。证明垂直?通常需要证角度相等或勾股定理逆定理。但在这个图形里,角度乱七八糟,线段长度也不知道,从哪里下手?
若是以前,他最多挣扎十分钟,然后就会放弃,直接去看答案,哦一声,感叹一下“原来要这么作辅助线”,然后……就没有然后了。
但这一次,他没有。
他想起陈景先生说过:“一道好题,就像一颗钻石,有很多个切割面,从不同的角度去看,会闪耀出不同的光芒。只满足于一种解法,是买椟还珠。”
而且,他最近夯实基础,特别是对全等三角形、相似三角形、勾股定理、三角函数(正弦余弦定理)有了更深入的理解,隐隐觉得这些工具似乎都能用上。
一个大胆的、甚至有些“疯狂”的念头在他脑中诞生:
“我要用尽可能多的方法来解决这道题!看看这颗‘钻石’到底有多少个切面!”
这个想法让他兴奋起来,仿佛不是在做题,而是在策划一场有趣的思维探险。
他拿出最大的草稿纸,在中间画下标准的图形,标好所有已知条件。然后,像开辟战场一样,在草稿纸的四周划出几块区域,分别写上:
【解法一:面积法】 【解法二:勾股定理法】 【解法三:相似三角形法】 【解法四:坐标法】 【解法五:三角函数法】
他要同时向五个方向发起进攻!
战役一:面积法(最直观的尝试) 思路:如果Ad⊥bc,那么Ad就是△Abc在bc边上的高。或许可以从面积关系入手? 用余弦定理或作高,他用了作高,顺便复习了含30°的直角三角形三边关系。 但如何证明这个比例?需要知道S△Abd和S△Adc的面积关系。 他连接A和bc中点?不对… 他尝试用共角三角形面积比…△Abd和△Abc共享∠b?不对,底边不同… 卡住了。面积法似乎需要更巧妙的构造,他暂时搁置。(解法一:暂时受阻)
战役二:勾股定理法(最朴素的暴力计算) 思路:要证Ad⊥bc,只需在△Abd和△Adc中,证明Ad2+ bd2 = Ab2 和 Ad2 + dc2 = Ac2?不对,这是直角三角形判定,但需要的是Ad2 + 某个值? 更直接:如果Ad⊥bc,垂足为h,那么只需证明Ad2= Ah2 + dh2?这又绕回去了。 正确的勾股定理应用,应该是分别表示出Ad、Ab、bd等的长度,然后看是否存在平方关系。 他设dc= x, 则bd = 2x, bc = 3x。 由Ab=Ac,∠A=120°,利用余弦定理可求出Ab2= (3x)2 + ? 不对,余弦定理是针对△Abc的边bc… 他发现自己对勾股定理和余弦定理的应用场景有些混淆,计算也变得复杂。(解法二:陷入计算泥潭,暂时放弃)
战役三:相似三角形法(需要辅助线的灵光一闪) 思路:证明垂直,常常可以通过证明角相等来实现。有没有相似三角形能推出90°角? 他仔细观察图形。Ab=Ac,等腰三角形。∠bAc=120°,那么底角∠Abc=∠Acb=30°。 d是bc上一点,bd=2dc。 他尝试过d点作dE平行于Ac交Ab于E?或者作dF平行于Ab交Ac于F? 或者,更常见的,过A点作bc的垂线?但这就是直接去证垂直了,循环论证。 他需要构造出包含Ad和bc的相似形。 苦思冥想…没有头绪。(解法三:缺乏灵感,搁浅)
连续三个方向受挫! 若是以前,凌凡早就崩溃放弃了。 但今天不同,他有五个战场!一个方向不行,立刻切换另一个!这种多线探索的方式,反而减轻了单一失败带来的挫败感。
战役四:坐标法(降维打击,无脑计算) 思路:这是他的“杀手锏”,也是他最近自学向量和坐标几何后想尝试的方法。把几何问题代数化! 他立刻建立平面直角坐标系: 以b点为原点(0,0),bc边放在x轴上,c点就在(3x,0) (因为设dc=x, bd=2x, bc