張景中 彭翕成
在上一期我們向大家介紹了消點法,并對消點法的應用舉例進行說明.消點法是一個普遍有效的解題方法.消點法解題的要點如下:
(1)把題目中涉及的點按作圖順序排隊.作圖過程中先出現(xiàn)的點排在前面,后出現(xiàn)的點排在后面.
(2)把要解決的問題轉(zhuǎn)化成對某個式子進行處理、化簡的問題.
(3)從要化簡的式子中,逐步消去由約束條件產(chǎn)生的點,后產(chǎn)生的先消去.
(4)消點時,一方面應用該點產(chǎn)生的幾何條件,一方面對照圖形.注意發(fā)現(xiàn)圖形給我們提示的捷徑.
掌握了消點法之后,做幾何題時,你便會胸有成竹了.你可以嘗試著解下面這道題.
消點法雖然不能夠解決所有幾何問題,但我們可以將它當做解題的指導方針.而且,我們還可以將消點法教給計算機,讓計算機來幫助我們解題.這就是自動推理.
計算機是人的學生,它的本領是人教的.它是笨學生,不教不會;但它又是好學生,會牢牢記住你教給它的方法,一絲不茍地按寫好的程序去做,如果你循循善誘,它又能青出于藍而勝于藍.計算機解題靠人教.人會解一道題,把方法教給計算機,計算機就會解這道題.這道題中的數(shù)字換成字母,成了更一般化的一個題型.把處理這個題型的竅門教給計算機,計算機就會解這個題型的全部題.人掌握了一類題目的規(guī)律,把這規(guī)律總結(jié)提煉成有章可循的算法,實現(xiàn)為程序,計算機本領就會更大,會解這一類題了.人推演、計算、論證容易走神或出錯,時間長了,所掌握的方法甚至有可能遺忘.但計算機一旦學會一套方法,就不會忘記,也很少出錯,并且做題做得飛快!
幾何題有計算題、證明題,還有作圖題.它們雖然各有特點,但又是相通的.
計算和作圖都要有個道理.講清楚道理就是證明.古希臘人研究幾何最講究證明.中國古代的幾何學則講究計算,把畫圖和推理都歸結(jié)為計算,叫做寓理于算.計算、作圖和證明,問題的形式不同,卻也有相通之處.三類問題的前提,都可以用幾何圖形來表示.證明可以轉(zhuǎn)化為計算.要證明兩條線段相等,只要算出兩者的比為1或差為0就行了.要說明計算是準確的,作圖過程是合理的,歸根結(jié)底要證明.三類問題在解決過程中都要推演論證,推演論證所用的規(guī)則又是一致的,這就是三者的相通之處.
幾千年來,人們解幾何問題的招數(shù)層出不窮,爭奇斗艷.概括起來,不外這四類:檢驗、搜索、約化和轉(zhuǎn)換.近50多年來,數(shù)學家和計算機科學家費盡心思,循循善誘,把個中奧秘向計算機傳授,使得計算機解幾何題的能力有了長足的提高.除了靈機一動添加輔助線,或千變?nèi)f化的問題轉(zhuǎn)換之外,前三種招數(shù)計算機都學得十分出色了.用計算機幫助研究幾何,甚至代替老師指導學生學習幾何,已經(jīng)從古老的夢想變?yōu)榱爽F(xiàn)實.
許多幾何問題包含了大量的信息.人在進行解題思考時能借助于直覺和經(jīng)驗,抓住最關鍵的信息進行解答;計算機卻靠機械地搜索,大魚小魚一網(wǎng)打盡,工作量就非同小可了.譬如一個三角形和它的三條高以及垂心,這是個很簡單的幾何圖形,用計算機搜索幾何信息,居然發(fā)現(xiàn)圖中有105組成比例的線段!
計算機在搜索中得到的有用信息很多,但沒用的信息更多.大量的操作才能從許多信息中尋找出有用的結(jié)論,難度就好比沙里淘金.這種一網(wǎng)打盡、竭澤而漁的搜索式推理,并不是什么新的發(fā)明,而是一種古老的機械化推理設想.在沒有計算機的時代,也只能想想而已,因為工作量太大了.一旦有了計算機,科學家就希望將之付諸實踐.現(xiàn)在,這個夢想已經(jīng)成為現(xiàn)實.這個成功來之不易,是許多科學家多年努力的成果.其中,中國科學家的工作起了決定性的作用.而他們用到的“武器”,恰恰就是我們在前面連載文章中介紹的共邊定理、共角定理、消點法這些東西,你沒有想到吧!
注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文
中學生數(shù)理化·八年級數(shù)學華師大版2008年9期