巧合还是必然

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  2014年泰州市中考数学压轴题第26题,是以双曲线为背景的一道综合题,题目如下:
  平面直角坐标系xOy中,点A,B分别在函数y1=4x(x>0)与y2=-4x(x<0)的图像上,A,B的横坐标分别为a,b.
  (1)若AB∥x轴,求△OAB的面积;
  (2)若△OAB是以AB为底边的等腰三角形,且a b≠0,求ab的值;
  (3)作边长为3的正方形ACDE,使AC∥x轴,点D在点A的左上方,那么,对大于或等于4的任意实数a,CD边与函数y1=4x(x>0)的图像都有交点,请说明理由.
  (备用图)
  从对学生解答本题的最后情况来看,第(1)问解决比较顺手,主要考查双曲线解析式中比例系数k的几何特征:由双曲线y=kx(k≠0)上任意一点A分别向x轴和y轴作垂线,垂足分别为点B、点C,则S矩形ABOC=k,S△ABO=S△ACO=k2.
  解 (1)如图2,设AB交y轴于C,连接OA,OB.
  ∵AB∥x轴,∴AB⊥y轴于点C.
  ∴S△OAC=12×|4|=2,S△OBC=12×|-4|=2,S△OAB=S△OAC S△OBC=4.
  千萬别小看第(2)问,条件是大家比较熟悉的情境:△OAB是以AB为底边的等腰三角形,且仅有一种情况,就是OA=OB.但就是这样一个看似简单,下手也比较容易的问题,学生感觉比较棘手,解答不顺的原因是利用OA=OB和a b≠0如何得出ab的值.因此有相当一部分学生在第(2)问开始遇到障碍,放弃解答.
  但是,从我调查统计后的情况看,有一部分学生得到了正确的答案,但是他们的思考过程有问题,或者仅仅是巧合.他们的思考过程如下:
  如图3,设点A(a,4a),点B(b,-4b),当OA=OB且a b≠0时,OA⊥OB.
  由点A(a,4a)可得直线OA的解析式为y=4a2x,
  由点B(b,-4b)可得直线OB的解析式为y=-4b2x.
  根据OA⊥OB可得4a2·-4b2=-1,解得ab=±4.
  因为a>0,b<0,所以ab=-4.
  纵观整个思考过程,学生的思维还是积极的,尤其是运用了初中知识不需要掌握的一个重要结论:平面内的互相垂直的两根直线y1=k1x b1,y2=k2x b2,则k1·k2=-1.学生也是有猜想和发现的,就是当OA=OB且a b≠0时,OA⊥OB.有一个最大的漏洞就是:当OA=OB且a b≠0时,OA⊥OB 成立吗?反过来,当OA⊥OB时,OA=OB且a b≠0成立吗?
  下面我们就来探究上述两个问题:
  问题1:点A,B分别在函数y1=4x(x>0)与y2=-4x(x<0)的图像上,A,B的横坐标分别为a,b.当OA=OB且a b≠0时,OA⊥OB是否成立?
  如图4,作出以OA或OB为半径的⊙O,作出双曲线y2=-4x在第四象限的另外一支,⊙O与双曲线y1=4x和y2=-4x分别有交点E,D,C.显然,当OE=OB且a b=0时,即如图中的B,E两点,此时B,E两点关于y轴对称,同样图中的A,D关于x轴
  对称,故∠1=∠2,∠5=∠4.
  由图中的E、C两点关于x轴对称可知∠3 ∠4=∠5 ∠6,
  故∠3=∠6.
  由图中的双曲线y1=4x上的E,A两点关于直线y=x对称可知,∠2=∠4,故∠1=∠2=∠5=∠4.
  由图中的双曲线y2=-4x上点B,C关于原点O对称可知,∠1 ∠2 ∠3 ∠4 ∠5 ∠6=180°,故∠1 ∠2 ∠3=90°,即OA⊥OB.
  从图中还可以发现:OA⊥OC,OD⊥OE.
  问题1告诉我们:关于y轴(或x轴)对称的两支双曲线上分别取一点,如果这两点到原点的距离相等,且横坐标不互为相反数,则这两点与原点的连线互相垂直.
  问题2:点A,B分别在函数y1=4x(x>0)与y2=-4x(x<0)的图像上,A,B的横坐标分别为a,b.当OA⊥OB时,OA=OB且a b≠0是否成立?
  借助于图3学生的思考过程可以发现,当OA⊥OB时,ab=-4.如果取a=2,b=-2,则ab=-4,此时a b=0.
  由点Aa,4a,Bb,-4b可得OA2=a2 16a2,OB2=b2 16b2.
  因为ab=-4,故a2=16b2,b2=16a2,所以OA2=OB2,OA=OB.
  问题2告诉我们:关于y轴(或x轴)对称的两支双曲线上分别取一点,如果这两点与原点的连线互相垂直,则这两点到原点的距离必相等,但横坐标可能互为相反数,也可能不互为相反数.
  其实,解决问题(2),学生只要会利用OA=OB这个条件进行等式变形,完全可以绕开上述问题,就可以顺利解决.
  过程如下:由点A(a,4a),B(b,-4b)可得OA2=a2 16a2,OB2=b2 16b2.
  因为OA=OB,OA2=OB2,所以a2 16a2=b2 16b2.
  移项变形得:(a2-b2) 16(b2-a2)a2b2=0,(a2-b2)1-16a2b2=0.
  因为a b≠0,a≠b,故a2-b2≠0,所以1-16a2b2=0,a2b2=16,ab=±4.
  因为a>0,b<0,所以ab=-4.
  至于问题(3),只要作出符合题意的正方形,说明当a≥4时CD边与函数y1=4x(x>0)的图像的交点在边CD上,或者直接说明交点的纵坐标在C,D两点的纵坐标之间,其实是比较代数式大小的问题,是代数推理,不赘述了.
  一个解题漏洞,引出两个猜想,对这些猜想的处理,如果漫不经心,或者不深入研究,教师轻易判断学生的思维方向错误,是扼杀学生创造性思维的行为,是不负责任的行为.教师要善于抓住学生解题中的漏洞,帮助学生提高思维的深刻性、系统性、全面性,切不可草率了事.说到底,要以学生为主体,学生的想法不成熟,教师帮助指导成熟.这样,学生学习数学的兴趣就完全可以激发起来,学生学习数学思维积极了、思维深刻了、思维活跃了,不正是数学教师教数学的根本目的吗?
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