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武侠版解题分析《名题论解现挑战,各显神通》
这天,数理学院的辩论堂人山人海,几乎全院所有学生都齐聚于此,大厅内的辩台上,一位身着黑衫的学生,正在展示一道帛书。贺鬼头和马小虎偷偷摸到厅内一个不起眼的角落,远远望去,原来帛书上是一道数学题。
学院的“名题论解”大赛每年一度,参赛者收集全国各地数学题,或改编或原创,在赛场上展现解题技巧,相互较劲,优胜者会被学院奖以“优解生”称号以及不菲的奖金。而那位黑衫学生,显然是以挑战者身份向上一届优解生,伊恒先生座下大弟子全等挑战,这全等是伊恒先生所收等字辈中,悟性最高的学生,此时身着白衣,眼睛瞪着那道帛书,手中的炭笔不停在石板上写划,头上白气渐渐腾起,良久,未见解开,显然遇到了困难。
马小虎感到不可思议,要知道伊恒先生乃学院全等高手,精通各类全等三角形的构造与证明,同时代数恒等变换造诣极高,到底是什么样的题目能把他的大弟子难住?
贺鬼头仿佛听到马小虎的嘀咕,不屑地说:“你急什么?伊恒先生都不担心,在闭目养神呢!”
果然,马小虎顺着贺鬼头所指,只见伊恒先生似乎完全没察觉到全等的囧态,静静地坐在主席台正中。
突然,主席台上,坐在伊恒先生左侧的方圆大师发话了,“全等,你且将此题展示全院吧!”
贺鬼头叹了一口气,对马小虎说:“看来方圆大师也认为全等没办法解决这个难题了,那位挑战者恐怕会赢。”
话音未落,坐在主席台最右侧的一位老婆婆发话了:“大师且慢,我看全等似乎被名利所困,不过尚能思考,不妨多等一刻。”
马小虎顺着声音望去,只见那老婆婆身着紫衣,双目有神,最奇怪的是头上的簪子,似方似圆,古怪得很。
旁边的贺鬼头低声说:“那是形影婆婆,似是而非学派的掌门,精通相似三角形的构造与证明,对比例式的变换使用已臻化境,恒等变换之功力恐怕不在伊恒先生之下。不过婆婆说得极是,全等太在乎优解生这个称号了,一旦有了心魔,解题功力便会受影响。”
马小虎正待细问,却见那黑衫学生向着台上三位宗师一拱手,朗声说道:“在下余角,今日所呈之题,是我数日前偶得,久闻数理学院优解生大名,特来一会,只恐三位先师出手也未必……”
语音未落,便引得台下众学生一声躁动,便有人高声叫道:“余角!休得狂傲!”
就连贺鬼头也连连摇头,“这余角实在太猖狂了,须知我院伊恒先生,自幼浸泡在全等三角形游戏中,被前辈极为严厉地训练代数恒等变换和基本计算,造就了一身过硬的数学基本功,再加上颇有天分的找全等的眼光,被江湖称为“南神眼”。便是旁边的方圆大师,也非等闲之辈,大师尤其擅长解圆类几何,同样精通代数,其徒手作圆,与用圆规无异,精准美观,几何图形绘制根本不用工具,随手作角,要多少度有多少度,几何教材中的图形其实是他徒手画的,包括函数图象,尤其擅长与圆有关的几何题,被江湖称为“北妙手”,还有那形影婆婆,虽然她的学派主攻相似图形,但对全等的钻研,只怕不逊色于伊恒先生,今日怕是有好戏看了。”说罢,便直勾勾盯着台上那道帛书,想看清是道什么样的题目。
余角刚说得半句,便被打断,他也不恼,好整以暇地走下台,对尚在苦思之中的全等说了声得罪,便直接从他面前端起那道帛书,双手一展,那帛书瞬间发出金光,照耀全场,隐隐在金光之中,帛书中的字也一个个慢慢升入半空,整个大厅的人都能清晰地看到那题了:
已知:如图,△ABC中,D是BC边上一点,∠ABC=∠ACB=∠DAC,点E满足AD=AE,1/2∠EAD+∠EBD=90°,求BE:ED的值。
此时伊恒先生终于发话了,但却是对全等说的,“全等,你且将你的思路解说一二,看困在何处?”
全等此时已是大汗淋漓,顾不得擦,转身一躬,说道:“弟子无能,试图构造全等三角形,尝试了两种变化,依旧不得要领。”说完,也是双手一展,口中念念有词,金光之中,又出现了一幅图形:
他继续说道:“学生依法将BE截取至ED上,使BE=DF,从而构造出△AEB≌△CDF,只需证明AF⊥ED,便可得到结论,猜想是1:2的关系,受困于垂线的证明。而若作AF⊥ED,则全等条件不可得,故此未能求解。”
伊恒先生点点头,“短短一刻钟时间,你便已经想到构造全等,并且找准基本思路,也不枉我平日调教,但是垂线之证明,即直角之证明,需要理解题中各角之间的等量关系,需要进行代数推导,你于几何辨图识图颇有天分,但却疏于练习代数基本功,故有此难,你且退下吧!”
全等向伊恒先生一鞠躬,缓缓退到台下,也不敢坐,只是肃立,等着伊恒先生下文。
伊恒先生接着对余角说:“后生可畏,此题你为何认定他无法可解?”
余角面对伊恒先生时,态度却与刚才截然不同,恭敬地说:“先生,此题学生也曾研究再三,认为唯有全等学派,方可得解,故此向全等师兄挑战。”说完,眼角斜瞟了一下方圆大师和形影婆婆,却见二人脸色如常,深不可测,心中一凛,也不再多说。
只见伊恒先生弹了弹面前的炭笔灰,轻吹一口气,纷扬的灰尘顿时如同着了魔一般开始变幻形状,附着在金光中的图形上,而随着粉尘变幻,伊恒先生开始高声讲解,台下以全等为首,大气不敢出,静静观看。
“且看图中所给特殊三角形,共计有四个等腰三角形,△ABC、△ADE和△ACD直接由已知条件得出,而刚刚证明的△AEB≌△CDF则可得到等腰△ACF。”
“三角形内的角度关系,最基本莫不过内角和为°,而在等腰三角形中,顶角+2底角=°,将这个等式减半,可得1/2顶角+底角=90°,全等,你可曾想到?”
伊恒先生虽是对着全等说,但台下所有人均听得清清楚楚,马小虎也似懂非懂地点了点头,贺鬼头却是神情专注盯着那变幻的粉尘,口中不自由主地说:“这是很显然的事情,要证明垂线,肯定是要找直角的。”
接下来,便是一连串令普通学生眼花缭乱的恒等变换:
∠AFD=∠AFC+∠DFC
=90°-1/2∠ACF+∠EBA
=90°-1/2(∠ACB-∠DCF)+(∠EBD-∠ABC)
=90°-1/2∠ACB+1/2∠DCF+∠EBD-∠ABC
=90°-1/2∠ACB+1/2∠EAB+(90°-1/2∠EAD)-∠ABC
=°-1/2∠ACB-∠ABC-1/2(∠EAD-∠EAB)
=°-1/2∠ACB-∠ABC-1/2∠BAD
=°-1/2(∠ABC+∠BAD)-∠ACB
=°-1/2∠ADC-∠ACB
=°-1/2(∠ADC+2∠ACB)
=°-90°
=90°
当最终那个90°出现在半空中时,其余粉尘慢慢隐去,全场一片寂静,半晌,才有人悠悠来了句:“如此繁复的变化,怕也只有伊恒先生本人才推导得出来。”
伊恒先生仿佛没听到似的,长袖一挥,空中粉尘再度变化,被一股真气驱动着,∠BAC被红色的4x取代,而∠EAB被红色的2y取代,几乎所有学生都明白,这是全等学派的整体设元大法,看来伊恒先生是要用较简单的推导来取代刚才的复杂过程。
设∠BAC=4x,∠EAB=2y,则∠DAC=∠ACD=∠ABC=90°-2x
∠EAD=4x+2y-(90°-2x)=6x+2y-90°
∠ADE=90°-1/2∠EAD=90°-1/2(6x+2y-90°)=°-3x-y
故∠ADE=∠AED=∠EBD=°-3x-y
∠ABE=∠DFC=∠EBD-∠ABC=°-3x-y-(90°-2x)=45°-x-y
∠ACF=∠ACB-∠DCF=90°-2x-2y
∴∠AFC=90°-1/2(90°-2x-2y)=45°+x+y
∴∠AFD=∠AFC+∠DFC=(45°+x+y)+(45°-x-y)=90°
∴AF⊥ED
终于,马小虎轻叹,我明白了,比值是1:2。剩下的证明,显然无须多讲。
伊恒先生扫视全场一眼,已然不再有疑惑眼光,缓缓转身,回到台上,空中的粉尘也随之纷纷落下,汇集于另一块石板之上,渐渐凝聚。
余角在一边冷冷地看着伊恒先生推演,不发一言,嘴角却浮现出一丝笑容,待伊恒先生坐定,才对台上一揖,说道:“伊恒先生所推导过程,自是妙法,尤其是整体设元大法,令学生大开眼界,只是如此精妙的算理,连全等大师兄都未能悟透,其余师弟,只怕更难明白,贵学院如此教学,成才能有几何?”
这已经是赤裸裸的对伊恒先生教学的挑衅了,贺鬼头脸色大变,连马小虎都蠢蠢欲动起来。
却听一直端坐的形影婆婆厉声道:“休得无礼!”只见她拔下头上那根金簪,便开始在空中虚画,六十多岁的身形,丝毫不见停滞,而空中原本被余角展示用的那片金光,瞬间又增大不少,原先的题目图形,却被置于中间。
此时,形影婆婆方才对全等说:“你作为全等学派大师兄,用全等思维解题也属平常,可变换不精,可有此事?”
全等忙应道:“正是,想是学生才疏学浅……”
未说话,便被形影婆婆打断,“哼!确是如此!有自知之明便好!”
全等羞愧不已,婆婆却不再理会,径直对余角说:“我院学生,术业有专攻,此题解法,倒也不必限定非全等不可,你说是也不是?”
余角躬身道:“正是,莫非婆婆打算施展似是而非大法来破解此题?”
形影婆婆也不答话,金簪继续随手画出,原先的图形中,出现了条三条辅助线。
贺鬼头一眼便看出辅助线作法,他小声对马小虎说:“婆婆是在点D处作∠BDH=∠EBD,然后延长BE后相交于点H,再连接AH。”
马小虎却似懂非懂地点了点头,然后猛得醒悟,“方才全等师兄已经证明了∠EBD=∠ADE,那么△HBD肯定与△AED相似了?”
贺鬼头赞许地看了看马小虎,转过脸去望台上的婆婆继续推演。
“想必你也能看出,△HBD∽△AED了?”婆婆对余角说道,不等他回答,便继续说道,“由相似可得BD:ED=HD:AD,而它们,恰好又是另一对相似三角形的对应边。”
说罢,在金簪指引下,比例式变幻成BD:HD=ED:AD,婆婆对余角说:“以你之功力,想必应该能看出∠BDE=∠ADH吧?”
余角哪敢示弱,连忙应道:“正是,∠BDH=∠EBD乃婆婆所作,而全等师兄已证∠EBD=∠ADE,它们均减掉中间的∠EDH,便得婆婆所说两个等角。”
形影婆婆暗暗点头,嘴上却不留情,“如此便好!后生且看仔细了”。
“△BDE∽△DHA,则其对应角尤需仔细,∠EBD=∠AHD,再加上∠EBD=∠BDH,则可得∠BDH=∠AHD,这便意味着AH∥BC。”婆婆继续说道,全等已是呆了,口中喃喃自语,“原来如此,相似与平行,得一必有二。”
马小虎在台下却是不解,悄声问旁边的贺鬼头:“喂,平行有什么用啊?”
贺鬼头却冷不丁一拳过来,“笨死了!过点A和H往下作垂线便能看出来了。”
果然,形影婆婆以金簪在图中A、H处向下划,图中出现了两条垂线段。
马小虎定睛一看,作完垂线之后,AN与HM均为等腰三角形之三线合一,于是BN=1/2BC,而BM=1/2BD,同时还顺便构造出矩形ANMH,也不由得称了一声妙,AH=MN=BN-BM=1/2(BC-BD)=1/2CD=1/2AD,这一串等量关系,便是马小虎也能看出一二了。他略带得意地对贺鬼头说:“我知道了,婆婆如此作图,是为了引出AH=1/2AD,从而用相似转移到另一个△EBD中,得到BE=1/2ED对吧?”
贺鬼头满脸鄙夷地看了下他,也不回应,算是默认。
余角一脸惊诧地看着形影婆婆完成整个推演,他原本是以为题目中涉及到等量关系较多,代换较为复杂,因此一上来就挑战全等这个优解生,以便引出伊恒先生的整体设元法,而无论是等量代换异或整体设元法,非全等学派的学生难免会感觉无比繁复,没料到伊恒先生功力深厚,整体设元后,角度思路十分清晰,在场学生并无不适,那时便已暗暗失望。再看到形影婆婆以似是而非大法,巧妙运用相似三角形解决了1:2的问题,已然萌生退意,这次挑战虽然令得全等颜面尽失,但学生对伊恒先生全等学派,反倒更见佩服。
他正待上前告辞,才抬脚,便听左首方圆大师发话了。
方圆大师微睁双眼,看了一眼欲告辞的余角,又看了一眼正坐回座位的形影婆婆,目光扫过一边的伊恒先生,最后落定在台下站立不安的全等身上。
“全等方才可是说,作AF⊥ED之后,全等条件不可得?可否想到换一对三角形全等?”
全等惊讶地抬起头,连余角也不由得收回抬起的脚,重新站定,面对方圆大师。
全等呆了一会,心知宗师下问,不能有误,只好拿过刚才演算的石板,恭恭敬敬双手捧着,送到方圆大师面前。
方圆大师抬手,在石板上凌空画了一笔,又转了一个圏,与此同时,半空金光中的图形,也凭空多出了一个圆,一条线。
余角目瞪口呆地看着空中的图形,半晌说不出话来,全等则死死盯着那幅图,仿佛在绞尽脑汁。
伊恒先生和形影婆婆意味深长地看着图形,同声赞到:“大师果然高见!”
马小虎怎么也看不明白,连贺鬼头也是万分疑惑,倒是台前站立的全等和余角二人,神色仿佛是明白了。全等正欲解说,却见余角一摆手,对他说:“此节因我而起,现对贵学院学术,十分钦佩,就由我来解说分明吧!”
全等迟疑地望了望伊恒先生,又看了看方圆大师和形影婆婆,见三人并无异议,于是一拱手,道了声有劳,便退到一边。
余角走到那石板前,开始推演。
“全等兄所作垂线,在△AED中属三线合一,可得点F为ED中点,因此只需构造出与△AFD全等的三角形即可,若依照先前所思,过点E再作垂线,难免会找不到全等条件,因此大师之意,是干脆截取BG=AD,再连接EG。”
说到此处,余角稍作停顿,眼角瞥向方圆大师,见后者依旧垂目不语,方才继续。
“如此,则△ADF与△GBE,有BG=AD,∠EBD=∠ADE两个条件可用,此为全等二缺一。而缺少的条件,便可看出大师所作之圆的妙处了。”
马小虎忍不住小声问贺鬼头:“为何这个圆A恰好经过E、D、G?”
“为何圆A经过E、D、G?想必许多同学此节未能想明白,不妨观察△ABD与△ACG,显然它们是一对全等三角形,于是可得AD=AG,再加上AE,总共三条线段相等,而它们恰好一个端点均为A,因此可断定E、D、G三点都在圆A上。”
贺鬼头回头瞪了马小虎一眼:“到定点的距离等于定长,不是圆又是什么?!”
“诸位且看,∠EGB在圆中,是圆周角,而∠EAD在圆中,则属圆心角,它们所对的弧均是弧ED,根据同弧所对圆周角是圆心角的一半,可知∠EBG=∠DAF,于是△ADF≌△GBE,得到DF=BE,故此结果为1:2.”
说完,向台上三位宗师长揖到底,说了句告辞,又向全等道了声得罪,便头也不回,走出了大门。
后记:
原本是打算写一题三解的普通文章,可是纠结于这类解题文章学生一般很难有兴趣,于是萌发换个“马甲”的想法,限于本人文笔,写不出网络小说那种意境。人物刻画生硬,描写浅薄,敬请谅解。
此题可用于八年级全等三角形的训练,而难点在于第三个全等条件的获取,而全等三角形构造过程中,如何作辅助线,则直接决定了思路能否畅通,截取,通常是构造全等的不二法门。同样在九年级学习了相似和圆之后,它又能适用于新的方法,一道题,能容纳三种不同的思维,实在是好题。