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上次我们说到,学数学定理要懂得反问,反思,从而扩大学习范围。今天我们的目的相同,就是举一反三,但是换一个方式,是说毎学一个定理,都应该深入剖析该定理的条件和结论,看能不能通过更少的条件,得到更妙的结论,即所谓减弱条件,使得结论一般化,这就是从特殊到一般的过程。我们还是先从课本上的定理说起:垂径定理。
垂径定理的原命题是“垂直于弦的直径平分弦,且平分弦所对的两条弧”,我们首先从它的诸多逆命题中找出一个:“过弦所对的弧的中点向弦做垂线,则该垂线也平分弦”。本来平平无奇,但是阿基米德从中看出了玄机,提出:如果条件中的弦被折成两段,即直线段AB变成折线段ACB,结果是否不变?这就是著名的“阿基米德折弦定理”:
折弦定理经常出现在各类习题集中,相信其证明不需赘述,但我们一定要细心体会其中由特殊到一般的思考过程:垂径定理本身是关于圆的轴对称性的集中体现,但是因为太特殊太对称,所以我们可能会忽略其中一些细节。而阿基米德看到了这一点,将一部分对称舍弃,同时仍保留一部分,从而得到了一个更一般的结论。可以说折弦对称比直弦对称具有更一般的意义!
阿基米德的想法给我们树立了一个榜样:对于一个简单而著名的定理,可以采用弱化条件的方式,得到新的命题,从而得到更一般性的结论。事实上,关于垂径定理还可以这么去理解:
原命题中的“垂径”是作为整个图形的对称轴存在的,我们可以倾斜直径来消除其整体对称性,从而得到一个并不对称的图:
那么这个图中的一般结论是什么呢?这里可以自然地展开联想:前一个图其实是由于过C和D分别向AB作垂线,垂足都重合为一点M,所以看起来图形很“收敛”,但是在第二个图中C和D已经偏离了对称轴的位置,过C和D分别向AB作垂线就自然分散开来,但是如果你愿意探究的话,会惊奇地发现这运动中的不变关系:AM1=BM2,也就是这个图中仍然有一个隐藏的对称轴,M1与M2仍然是轴对称关系!
00:20这真是一个很妙的结论!但仍需要一些责任心和勇气去证明它不是吗?当然证法多多,我们还是专注于如何自然地从课内过渡到课外:很明显应先联想正统垂径定理,过O作ON⊥AB于N,则N即是AB中点,接下来的任务就是说明N也是M1M2的中点即可!
如果仍不能一眼看出为何,可能是因为图中点与线太多,则可采用“消点法“将多余点线删去,得到一个简图。其实此图在学习”中位线“知识时有很大概率接触过,已经比较明显,若仍不够清爽,平移改变一下位置,你会看得更清楚!
这下大家满意了吧!这个图相关知识有很多,如梯形中位线,平行线分线段成比例,甚至中点坐标公式等,当然在中间那个位置的图也同样能证明中点的结论,可以类似梯形中位线的证明方式连接CN交DM2于E,先证三角形中位线,再证全等,终得中点。
课本上的知识是经典的,但也是基础的,其蕴含了七十二般变化。真正深入的学习犹如苦行僧人自虐,自我设置各种灵魂拷问,方能证道。希望大家在学习课本知识的同时积极深入思考,结合反问、弱化条件设问等形式,得到更多更精彩的知识宝藏,这些对于你才是无价的,因为它是你个人的创造性劳动产生的呀!
最后照理留些问题:
1、阿基米德研究了两条线段构成的折弦,那么对于三条线段首尾依次相接的折弦,或者更多折的情况,结论是否仍成立呢?
2、手拉手模型是初中阶段重要的全等(相似)模型,我们取最简单的等边三角形共线手拉手,弱化条件后哪些结论仍能成立呢?
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