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勾股定理中的数学思想

作者:程 鹏   时间:2007-7-7    本文热度:    等级:
数学思想是数学知识的精髓,又是把知识转化为能力的桥梁.灵活运用数学思想,能够有效地提高分析问题和解决问题的能力,增强应用数学知识的意识.在《勾股定理》这一章中,蕴含着许多重要的数学思想,现举例介绍如下.
  
  一、方程思想
  
  在含有直角三角形的图形中,求线段的长往往要使用勾股定理,如果无法直接用勾股定理来计算,则需要列方程解决.
  
  二、化归思想
  
  化归思想就是通过一定的方法或途径,把需要解决的问题变换形式,变化成另一类已经解决或易于解决的问题,从而使原来的问题得到解决.
  例3如图3,长方体的长为15cm,宽为10cm,高为20cm.点B与点C的距离为5cm,一只蜗牛如果要沿着长方体的表面从点A爬到点B,需爬行的最短路程是多少?
  分析:由于蜗牛是沿着长方体的表面爬行的,故需把长方体展开成平面图形.根据两点之间线段最短,蜗牛爬行的较短路程有两种可能,如图4、图5所示.利用勾股定理容易求出两种图中AB的长度,比较后即可求得蜗牛爬行的最短路程是25cm.
  说明:这里通过长方体的展开图,把立体图形转化为平面图形,把求蜗牛爬行的最短路程问题化归成利用勾股定理求两点间的距离问题.
  例4如图6,是一块四边形的草地ABCD,其中∠A = 60O,∠B =∠D = 90O,AB = 20m,CD = 10m,求AD、BC的长(精确到0.1m,≈1.732).
  
   (2004年天津市中考题)
  分析:图中无直角三角形,怎么办?联想到含30O角的直角三角形,因而延长AD、BC交于点E,则∠E = 30O,AE = 2AB = 40m,CE = 2CD = 20m. 由勾股定理得DE == m,BE == m,所以AD = 40≈22.7m,BC = 20≈14.6m.
  说明:本题充分利用已知图形的特点,通过构造新图形,将四边形问题巧妙地转化成了直角三角形问题.
  
  三、数形结合思想
  
  数形结合,就是抓住数与形之间本质上的联系,将抽象的数学语言与直观的图形结合起来,通过“以形助数”或“以数解形”,使复杂问题简单化、抽象问题具体化,从而达到迅速解题的目的.
  例5在一棵树的10m高处有两只猴子,其中一只爬下树直奔离树20m的池塘,而另一只爬到树顶后直扑池塘,如果两只猴子经过的距离相等,问这棵树有多高?(2005年福建省龙岩市中考题)
  分析:依题意画出示意图7,D为树顶,AB = 10m,C为池塘,AC = 20m. 设BD = (m),则树高AD = ( +10)m.因为AC + AB = BD + DC,所以DC = (30)m. 在Rt△ACD中,由勾股定理可得方程202 + ( + 10)2 = (30)2,解得 = 5,所以 +10 = 15,即树高15m.
  说明:勾股定理本身就是数形结合的一个典范,它把直角三角形有一个直角的“形”的特点,转化为三边“数”的关系.利用勾股定理解决实际问题,关键是利用数形结合思想将实际问题转换成直角三角形模型,再利用方程来解决.
  
  四、分类讨论思想
  
  在解题过程中,当条件或结论不确定或不惟一时,往往会产生几种可能的情况,这就需要依据一定的标准对问题进行分类,再针对各种不同的情况分别予以解决.最后综合各类结果得到整个问题的结论.分类讨论实质上是一种“化整为零,各个击破,再积零为整”的数学方法.
  例6 一直角三角形的两边长分别为3cm、4cm,则第三边的长为______.
  分析:此题中已知一个直角三角形的两边长,并没有指明是直角边还是斜边,因此要分类讨论,答案是5cm或cm.
  例7“曙光中学”有一块三角形形状的花圃ABC,现可直接测量到∠A = 30O,AC = 40米,BC = 25米,请你求出这块花圃的面积. (2003年黑龙江省中考题)
  
  分析:由于题目中没有明确告诉我们△ABC的形状,故需分两种情况讨论.
  在图8中,S△ABC=10 (20 + 15)米2;
  在图9中,S△ABC= 1

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