[摘 要]數(shù)學選擇題與填空題以其題目小巧、命題角度靈活、知識覆蓋面廣的特點,而成為各級考試的必考題型。由于這兩類題型不用寫解題過程,因此可以運用特殊法來解答,避免“小題大做”。文章通過幾個例題,從五個方面探析了特殊法在選擇題與填空題中的應(yīng)用策略,旨在幫助學生在考試中規(guī)避煩瑣的計算與推證過程,從而能夠簡便快捷地得出正確答案。
[關(guān)鍵詞]特殊法;選擇題,填空題
[中圖分類號] G633.6 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058(2024)26-0020-03
數(shù)學選擇題與填空題以其題目小巧、命題角度靈活、知識覆蓋面廣的特點,而成為各級考試的必考題型。由于這兩類題型不用寫解答過程,因此可以運用特殊法來解答,避免“小題大做”。特殊法的解題原理體現(xiàn)在兩個方面:如果一個命題在特殊情況下被證明是錯誤的,那么它在一般情況下必定錯誤;如果一個命題在一般情況下正確,那么在特殊情況下必正確。這種解法充分體現(xiàn)了“特殊”與“一般”的辯證關(guān)系。常用的特殊法包括取特殊點、取特殊線段、取特殊圖形、取特殊值、取特殊位置、取特殊方法等。這些方法將問題的一般情形轉(zhuǎn)化為特殊情形,從而探求解題途徑,避免煩瑣的計算與推證過程,達到簡便快捷地得到答案的目的。
一、取特殊點
[例1]如圖1,已知[△ABC]內(nèi)接于半徑為[r]的半圓內(nèi),直徑[AB]為其一邊,設(shè)[AC+BC=S],則有( )。
A. [S2≤8r2]
B. [S2≥8r2]
C. [S2≤6r2]
D. [S2≥6r2]
分析:根據(jù)[△ABC]內(nèi)接于半徑為[r]的半圓,得點[C]是弧[AB]上的任一點,既然這樣,點[C]可以是弧[AB]的三等分點或中點。當點[C]是弧[AB]的中點時,可以求得[AC]、[BC]的長,從而求得[S2]的值;當點[C]是弧[AB]的三等分點時,同樣可以求得[AC]、[BC]的長,從而求得[S2]的值,進而確定本題答案。
解:當點[C]是弧[AB]右側(cè)三等分點時,因為[AB]是直徑,所以[∠ACB=90°],[∠CAB=30°],因為[AB=2r],所以[AC=3r],[BC=r],因為[S=AC+BC],所以[S=(1+3)r],[S2=(1+3)r2=(4+23)r2<8r2];當點[C]是弧[AB]的中點時,因為[AB]是直徑,所以[∠ACB=90°],[∠CAB=45°],因為[AB=2r],所以[AC=BC=2r],因為[S=AC+BC],所以[S=22r],[S2=22r2=8r2],故本題選A。
評注:本題在解答過程中取了兩個特殊點,即點[C]是弧[AB]的三等分點或中點,只需根據(jù)含30度的直角三角形的性質(zhì)與等腰直角三角形的性質(zhì),求得[AC]和[BC]的長,進行計算即可,大大降低了思維量。通過取特殊點,化不確定的量為確定的量,使得解題更有針對性。
二、取特殊線段
[例2]如圖2,[△ABC]中,[AB=AC=2],[BC]邊上有100個不同點[P1NQzG7QWqIE7AR3vyQiEHYQ==],[P2],…,[P100],記[mi=APi2+BPi×PiC]([i=1],2,3,…,100),則[m1+m2+…+m100=] 。
分析:根據(jù)點[P]是邊[BC]上的任意點,線段[AP]是任意線段,所以可以取線段[AP]為三角形[ABC]底邊上的高,這樣可以利用等腰三角形的性質(zhì)得到直角三角形[ABD],從而利用勾股定理求解。
解:如圖3,取[AP]為等腰三角形[ABC]的特殊線段,即底邊上的高[AD],由“等腰三角形三線合一”得[BP=BD=PC=DC],因為[mi=APi2+BPi×PiC],所以[mi=AD2+BD2],因為[△ABD]是直角三角形,[AB=AC=2],由勾股定理得[AD2+BD2=AB2=4],所以[m1+m2+…+m100=100×4=400]。故答案為400。
評注:本題將[AP]取為特殊線段,利用勾股定理求得了結(jié)果。當命題在一般情況下成立時,在特殊情況下也成立,所以根據(jù)特殊情況求得的結(jié)果也是正確的。如果不取特殊線段,那么根據(jù)勾股定理得[AP2i=AD2+DP2i=AD2+(BD-BPi)2=AD2+BD2-2BD·BPi+BP2i],又∵[PiB·PiC=PiB·(BC-PiB)=2BD·BPi-BP2i],∴[mi=AD2+BD2=AB2=4],∴[m1+m2+…+m100=4×100=400]。但這樣的解題過程不易理解。
三、取特殊圖形
[例3]如圖4,過[△ABC]內(nèi)任一點[P],作[DE]∥[BC],[GF]∥[AC],[KH]∥[AB],則[DEBC+GFAC+KHAB=]( )。
A. 1
B. [43]
C. 2
D. [83]
分析:既然[△ABC]是任意三角形,那么可以取等邊三角形這一特殊圖形,既然點[P]是三角形[ABC]內(nèi)任一點,那么可以取點[P]是三角形[ABC]的中心,等邊三角形的中心就是它的重心,根據(jù)三角形重心的性質(zhì)可以分別求得[DEBC,GFAC,KHAB]的值,從而求得它們的和。
解:如圖5,取[△ABC]為等邊三角形,取點[P]為等邊三角形[ABC]的中心,過點[P]作射線[AP]交[BC]于點[M],則[AM]是[△ABC]的中線,因為點[P]是三角形[ABC]的中心,所以[AP]∶[AM] = 2∶3,因為[DE]∥[BC],所以[AD]∶[AB] = [AP]∶[AM] = 2∶3,所以[DE]∶[BC] = [AD]∶[AB] = 2∶3,因為[GF]∥[AC],[KH]∥[AB],同理可得[GF]∶[AC] = 2∶3,[HK]∶[AB] = 2∶3,所以[DEBC+GFAC+KHAB=23+23+23=2]。故本題選C。
評注:本題取等邊三角形這一特殊圖形,利用三角形重心的性質(zhì)分別求得三個比的值。如果不取特殊圖形,只利用三組平行線解答問題,則不能求得三個比的值,需要利用相似三角形和平行四邊形的性質(zhì)與判定,進行比例與線段的轉(zhuǎn)化,將三個比轉(zhuǎn)化為同分母分式才能相加得到結(jié)果。
四、取特殊值
[例4]下列關(guān)于二次函數(shù)[y=ax2-2ax+1]([a>1])的圖象與[x]軸交點的判斷,正確的是( )。
A.沒有交點
B.只有一個交點,且它位于[y]軸右側(cè)
C.有兩個交點,且它們均位于[y]軸左側(cè)
D.有兩個交點,且它們均位于[y]軸右側(cè)
分析:二次函數(shù)的表達式里有一個參數(shù)[a],不易確定根的判別式[b2-4ac]的正負號,也不易確定與[x]軸交點的橫坐標的符號,此時可以根據(jù)[a]的取值范圍[a>1],選取一個確定的[a]值,然后分別計算根的判別式的值及圖象與[x]軸的交點坐標,從而確定正確選項。
解:因為[a>1],我們?nèi)a=2],則二次函數(shù)為[y=2x2-4x+1],因為[Δ=(-4)2-4×2×1=8>0],所以二次函數(shù)的圖象與[x]軸有兩個交點,當[y=0]時,[2x2-4x+1=0],[x=4±84=2±22],所以二次函數(shù)的圖象與[x]軸的兩個交點坐標為[2+22,0]和[2-22,0],因為[x1=2+22>0],[x2=2-22>0],所以二次函數(shù)的圖象與[x]軸的兩個交點均在[y]軸右側(cè),故選D。
評注:本題如果不取特殊值,用參數(shù)[a]代入計算,那么[Δ=4a2-4a],[x=2a±4a2-4a2a],不易看出正負號。而取特殊值,通過計算可以直觀地看出根的判別式的符號以及與[x]軸交點的橫坐標的符號,方便快捷。
五、取特殊位置
[例5]如圖6,在[△ABC]中,[AB=AC=5],[BC=2]。在[BC]邊上有100個不同的點[P1],[P2],[P3],…,[P100],過這100個點分別作[△ABC]的內(nèi)接矩形[P1E1F1G1],[P2E2F2G2],…,[P100E100F100G100],設(shè)每個矩形的周長分別為[L1],[L2],…,[L100],則[L1+L2+…+L100=] 。
分析:雖然[△ABC]的內(nèi)接矩形[P1E1F1G1],[P2E2F2G2],…,[P100E100F100G100]分別是不同的矩形,但是它們是任意內(nèi)接矩形,所以可以設(shè)定點[E1]、[F1]處于特殊位置,即設(shè)定它們分別是[AB]、[AC]的中點,然后讓其他矩形與這個特殊位置的矩形無限接近,直至重合,這樣它們的周長就相等,從而求得它們的周長和。
解:取點[E1]、[F1]分別是[AB]、[AC]的中點,過點[A]作[AH⊥BC]于點[H],所以[E1F1]是[△ABC]的中位線,所以[E1F1=12BC=12×2=1]。因為[E1F1G1P1]是[△ABC]的內(nèi)接矩形,所以[E1P1]∥[AH],所以[P1]是[BH]的中點,所以[E1P1=12AH]。因為[AB=AC=5],[BC=2],所以[BH=1]。在Rt[△ABH]中,由勾股定理得[AH=(5)2-12=2],所以[E1P1=1],所以矩形[E1F1G1P1]的周長[=2×(1+1)=4],當其他99個內(nèi)接矩形與矩形[E1F1G1P1]無限接近直至重合時,這99個矩形的周長也等于4,所以這100個內(nèi)接矩形的周長和為[400]。
評注:本題利用特殊位置求得其中一個矩形的周長,同時讓其他矩形與它重合,從而求得它們的周長和,這就是特殊法給解決問題帶來的便捷:化不確定為確定,化無限為有限,讓數(shù)據(jù)看得清清楚楚。
六、取特殊方法
[例6]如圖7,在Rt[△ABC]中,[∠ACB=90°],[AC=3],[BC=4],[CD⊥AB],垂足為[D],[E]為[BC]的中點,[AE]與[CD]交于點[F],則[DF]的長為 。
分析:點[F]顯然是直線[CD]與直線[AE]的交點,將直角三角形[ABC]放入平面直角坐標系中,可以求得兩條直線的表達式,解方程組可求得交點[F]的坐標,從而求得[CF]的長,[CD]的長可應(yīng)用三角形面積公式求得,從而求得[FD]的長。
解:如圖8,以點[C]為原點,以[AC]所在的直線為[x]軸建立平面直角坐標系,因為[AC=3],[BC=4],所以點[A]的坐標為(3,0),因為點[E]是[BC]的中點,所以點[E]的坐標為(0,2),設(shè)直線[AE]的表達式為[y=ax+b],則[3a+b=0,b=2,]解得[a=-23],[b=2],所以直線[AE]的表達式為[y=-23x+2],因為[∠DCA+∠BCD=90°],[∠ABC+∠BCD=90°],所以[∠DCA=∠ABC],所以[tan∠DCA=tan∠ABC=34],所以直線[CD]的表達式為[y=34x],聯(lián)立直線[AE]、[CD]的表達式,得[y=-23x+2,y=34x,]解得[x=2417],[y=1817],所以[CF=24172+18172=3017],由[CD·AB=BC·AC]得[CD=125],所以[FD=125-3017=5485]。
評注:建立直角坐標系用于解決數(shù)學問題,常見于在處理直角三角形、矩形或正方形中的線段問題,所涉及的知識點包括:當兩直線平行時,它們的比例系數(shù)[k]相等;當兩直線互相垂直時,它們的比例系數(shù)[k]的乘積為-1;使用兩點距離公式;中點坐標公式;根據(jù)直線與[x]軸夾角的正切值求直線表達式。
綜上,在運用特殊法解決問題時,我們需要注意所選取的數(shù)值、圖形或位置等必須符合條件,且這些特例應(yīng)易于計算。一般而言,特例取得越簡單、越特殊,越能高效解決問題。用特殊法解決問題,體現(xiàn)了“特殊”與“一般”之間的辯證關(guān)系。因此,它的正確性毋庸置疑,同時它的方便快捷性也需要大家在應(yīng)用過程中慢慢體會。
[ 參 考 文 獻 ]
[1] 陳麗.巧用特殊法,速解選擇題[J].語數(shù)外學習(初中版),2022(2):32-33.
[2] 王靜.另辟蹊徑解答數(shù)學選擇題[J].中學數(shù)學教學參考,2022(3):77-78.
[3] 徐旭侃.巧用嘗試檢驗 妙解填空選擇[J].中小學數(shù)學(初中版),2021(5):29-30.
[4] 王暉.巧用特殊法 妙解選擇題[J].中學數(shù)學雜志,2016(5):49-51.
(責任編輯 黃春香)