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几何数学基本知识:从一道解析几何题看数学的美学价值

几何数学基本知识:从一道解析几何题看数学的美学价值方法一、(联立方程法)例、设椭圆的中心为原点O,过O作两条垂直的射线交椭圆于P、Q两点。求证:投稿时间:2020.7.29摘要:数学课程新课标2017修订版在必修课程和选择必修课程中,都增加了数学建模活动与数学探究活动。这说明新课标对数学知识的应用能力的要求提到了一个新的高度,更加突出了数学的工具性的作用。数学的工具性作用,一个是在数学知识内部的应用,一个是在实际生活中的应用。本文通过不同的思路和方法对一道解析几何题进行探究,体现了数学的工具性作用,同也时增强了对数学问题的探究,感受知识的生成过程和数学思想方法的应用,展现了数学问题解决的和谐美。关键词:联立方程 三角 极坐标 参数方程

几何数学基本知识:从一道解析几何题看数学的美学价值(1)

本文为“第二届数学文化征文比赛”参赛作品,未经授权不得转载,点击图片查看第二届数学文化征文比赛通知。

从一道解析几何题看数学的美学价值

作者:乔书沛

作品编号:024

投稿时间:2020.7.29

摘要:数学课程新课标2017修订版在必修课程和选择必修课程中,都增加了数学建模活动与数学探究活动。这说明新课标对数学知识的应用能力的要求提到了一个新的高度,更加突出了数学的工具性的作用。数学的工具性作用,一个是在数学知识内部的应用,一个是在实际生活中的应用。本文通过不同的思路和方法对一道解析几何题进行探究,体现了数学的工具性作用,同也时增强了对数学问题的探究,感受知识的生成过程和数学思想方法的应用,展现了数学问题解决的和谐美。

关键词:联立方程 三角 极坐标 参数方程

例、设椭圆的中心为原点O,过O作两条垂直的射线交椭圆于P、Q两点。求证:

方法一、(联立方程法)

1.当OP OQ在坐标轴上时,显然

2.当OP OQ不在坐标轴上时,

设OP所在的直线方程:

则OQ所在直线方程:

联立方程

整理得

解得,

同理

所以

即证.

点评:联立方程法是解决解析几何问题的常规方法,虽然有时候计算相对繁琐,但是思路清晰,体现了解决数学问题的基本思想和方法,同时也较好的考察了学生的数学运算能力。

方法二、(三角法)

设有向线段OP与x轴正方向的夹角为θ,则P(|OP|cosθ,|OP|sinθ),因为OP与OQ垂直,所以OQ与x轴正向的夹角为, 所以

所以

即证.

点评:三角函数作为一个有用的工具经常出现在解决解析几何的问题之中,有着意想不到的神奇作用,甚至可以起到化腐朽为神奇的作用,使人顿时觉得耳目一新,曲径通幽处。

方法三、(极坐标法)

以平面直角坐标系原点为极点,x轴正半轴建立极坐标系。设.则且因为椭圆的极坐标方程为

代入P、Q两点:

化简可得:

即证.

点评:极坐标法和向量法在解答此类问题中有异曲同工之妙,体现了极坐标作为一种数学工具的特点。

方法四、(参数方程法)

由题意可得OP所在直线的参数方程为:

(t为参数),则OQ所在直线的参数方程为:

(t为参数) ,分别代入椭圆中得:

化简可得:

由参数方程t的几何意义可知:

即证.

点评:参数方程是相对于普通方程而言的,参数方程通过引入一个“第三者”,使得平面曲线的内涵更加丰富,解决解析几何问题时候方法更加的多元化,更能够展现数学知识作为工具性的特点。

本文通过对一道平面几何问题从四个维度进行剖析,体现了数学的完备之美,数学的曲径通幽之美,数学的精致之美。

参考文献

  1. 张奠宙.数学欣赏:一片等待开发的沃土[J].中学数学教学参考,2014(1-2).

  2. 陈小勇.试谈构建高中数学文化教育课堂[J].数学学习与研究,2019.1.

  3. 刘凯.高中数学教学中实施数学文化教育的策略初探[J].数学学习与研究,2018.17.

几何数学基本知识:从一道解析几何题看数学的美学价值(2)

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