一道数学题的启示:尽信书不如无书

儿子在做教辅资料上的数学题(例题)时耗费了较长时间还没有算出结果(确切地说是答案有两个解,他只计算出来一个),于是我打算帮他看看。

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(图源 :pixabay)

题目是这样的:

设直线y=kx+by=3x-5y=-2x+10的交点A,直线y=kx+b交y轴于点B,直线y=-2x+10交x轴于点C。若S△ABC=12,求直线y=kx+b的解析式。

虽然例题下面就有解答,但是我准备不去看解答,先自行分析并计算一下这个题目。

这题目乍一看很复杂,实际上一点也不简单(皮一下),涉及好多知识点,我们抽丝剥茧,慢慢分析。

若想题目解得好,画图功夫不可少,题目涉及好几条直线y=kx+by = 3x - 5y = -2x + 10,但是仔细分析不难发现后面两个直线方程其实只是为了确定A、C两个坐标点,确定完坐标点后,这两个方程就可以领盒饭退场了。

确定A、C坐标点

那么如何确定连个坐标点呢?由题目可知,A是y = 3x - 5y = -2x + 10的交点,所谓的交点,就是在这个位置上两个函数的x,y都相等。

亦即,交点A(x,y)是如下二元一次方程的解:

y = 3x - 5
y = -2x + 10

解方程嘛,小CASE,这里就不过多赘述了,解得x = 3, y = 4;,亦即点A坐标为(3, 4)

同理,由直线y=-2x+10交x轴于点C,解得点C坐标为(5,0)

根据坐标点画图

好,现在我们已经确定A、C两个坐标点,然后我们根据坐标点来画图形。由题干直线y=kx+b交y轴于点B可知,B点处在Y轴上,那么B点到底在哪个位置呢?不同的位置可能有不同的计算结果呢。

根据分析,我们可以得出四种情况,分别为:

  • 点B的纵坐标,在AC延长线与Y轴交点之上
  • 点B的纵坐标,在点A纵坐标之上,在AC延长线与Y轴交点之下
  • 点B的纵坐标,在点C纵坐标之上,在点A纵坐标之下
  • 点B的纵坐标,在点C纵坐标之下

这四种情况覆盖了点B纵坐标的所有可能,且每种情况都可以对应相似的图形(具体位置无关紧要)。

因为我不太擅长用电脑画图,小伙伴们可以自己比划一下。(所以有时候纸笔也是很重要且方便的

根据图形列出等式

有了图形以后,我们就可以根据图形列出等式。小伙伴可能会问,哪里有等量关系呀?

回头再看看题干,不难发现,等量关系的密码就是S△ABC=12。所以我们只需根据图形,列出△ABC的面积表达式,然后让其等于12,就可以啦。

如果我们画出图形,不能看出,△ABC并不是个规规矩矩的三角形,也没法做出直观且可计算的高。这时候就要发挥我们的图形组合拆分能力啦。

通过观察,做点A到Y轴的垂线(或到X轴的垂线),我们不难发现,各种情况中,△ABC的面积都可以通过组合图形(梯形、三角形加减)再减去三角形,来得到我们要求的三角形面积表达式。

然后令S△ABC=12,就可以通过等式,计算出相应的B点坐标啦。最终我们得出,符合条件的点B坐标为(0,-2)(0, 22)

算出y=kx+b的解析式

我们已经算出点B坐标为(0,-2)(0, 22),根据题意代入表达式,得出y=kx+b中,b为(-2,或22)

在根据y=kx+b通过点A(3,4),我们就可以计算出b = -2时,k值为2;b = 22时,k值为-6.

由此得出y=kx+b对应的解析式为:

y = 2x - 2
y =-6x + 22

即我们所要的答案,完美完成。

进一步思考(1)

解题过程中,我们画出四个图,为什么只解出两个b值?

在计算过程中,除了第一个图,其余三幅图都得出相同的结果,b = -2,对于我们列的三种情况(三幅图),b = -2明显不符合图二、图三的假设,只符合图四的情况。

所以图四才是正确的图形。但是三幅图却解出相同的b值,这仅仅是巧合吗?通过列S△ABC的表达式(组合分割图形),不难发现,如果辅助线做的正确,三个表达式可以以一致的形式呈现。

进一步思考(2)

一条斜线段AC,取Y轴上一点B,让三角形S△ABC面积为固定值的点B,有几个呢?

姑且就按我们题中的AC来,我们取AC与Y轴交点以下的几个点B,做点B到AC的垂线BD(亦即△ABC的高),我们不难看到,B点越往下,BD越长,S△ABC越大(可以做D到X轴垂线,看起来就一幕了然了)。

当B和AC与Y轴交点重合时,S△ABC最小(为零)。

同理,取AC与Y轴交点以上的几个点B,我们不难证出,B点在离AC与Y轴交点往上越远,S△ABC越大。

综合两种情况,我们不难得出,当B和AC与Y轴交点重合时,S△ABC=0,然后越远离这个交点,△ABC面积越大,所以固定面积的B值有两个,分别在AC与Y轴交点上边以及下边。

所以,这就是我们上边例题中解出两个B点且只有两个B点的缘故(不会有第三个啦)。

回头看列题的解法

为了省事,直接上照片:

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它是怎么解的呢?算出点A点C的坐标大同小异,它竟然引入了一个点D,而且为了表示点D的坐标,竟然引入了分式。

原本就是100以内的加减法运算,竟然变成了极为复杂的分式运算,别人不知道,反正要我算,凭我的计算能力,肯定出错。

再有就是,它只考虑的三种情况,并没有考虑B在AC与Y轴交点之上的情况,只不过恰巧这样的做法,列出的S△ABC表达式是一样的,虽然得出了正确的结果,但是图是完全错误的。

结论

通过分析例题的答案,不难得出这答案涉三宗罪:

  • 多引入一个点D,大幅增加了复杂度
  • 引入分式计算,运算量及难度倍增
  • 图形没考虑全面,纵然得出正确答案,但与图形不符

按它的做法,先不说图形对错的问题,就这一坨分式,计算上我觉得没半个小时我肯定算不出来(请尽情鄙视我这个两位数加减法还经常出错的选手);而用我的方法,计算上5分钟时间足矣!

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(图源 :pixabay)

一个例题竟然有这么多问题,让人难以置信,所以什么优秀教辅资料,不过如此而已!

这让我想起一句话,尽信书不如无书,古之人不余欺也!多亏我先尝试做一下,不然直接看答案,就得懵圈。



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我是一看到数学题就犯困的类型,我还是硬着头皮把解题过程看完了。。然后一脸懵逼,哈哈哈。。

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我草,我居然看不懂了
数学果然没学好

嘿,我不学了,哈!反正我中考也过来,高考也过了!

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完了,完了, 全不会了😂

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