Sáng kiến kinh nghiệm Khai thác yếu tố hình để giải một số bài toán hình phẳng Oxy

Nội dung text: Sáng kiến kinh nghiệm Khai thác yếu tố hình để giải một số bài toán hình phẳng Oxy

1. A. MỞ ĐẦU I. Lý do chän ®Ò tµi Trong chương trình hình học lớp 10 có một phần rất quan trọng của hình học phổ thông đó là phương pháp toạ độ trong mặt phẳng, đây là phần tiếp nối của hình học phẳng ở cấp THCS nhưng được nhìn dưới quan điểm đại số và giải tích. Như vậy mỗi bài toán hình học toạ độ trong mặt phẳng đều mang bản chất của một bài toán hình học phẳng nào đó. Tuy nhiên khi giải các bài toán hình học toạ độ học sinh thường không chú trọng đến bản chất hình học của bài toán ấy, một phần vì học sinh ngại hình học phẳng vì cứ nghĩ hình học phẳng là khó, một phần vì giáo viên khi dạy cũng không chú trọng khai thác hướng dẫn cho học sinh. Do đó hiệu quả giải toán không cao mà sự phân loại dạng toán, phương pháp giải toán cũng không rõ ràng. Vì vậy, thực tế yêu cầu phải trang bị cho học sinh một hệ thống các phương pháp suy luận giải toán hình học toạ độ trong mặt phẳng. Với ý định đó, trong sáng kiến kinh nghiệm này tôi muốn nêu ra một cách định hướng tìm lời giải bài toán hình học toạ độ trong mặt phẳng dựa trên bản chất hình học phẳng của bài toán đó. II. C¬ së lý luËn cña ®Ò tµi Thực trạng đứng trước một bài toán hình học toạ độ trong mặt phẳng học sinh thường lúng túng và đặt ra câu hỏi: “ Phải định hướng tìm lời giải bài toán từ đâu ?”. Một số học sinh có thói quen không tốt là khi đọc đề chưa kỹ đã vội làm ngay, có khi sự thử nghiệm đó sẽ dẫn tới kết quả, tuy nhiên hiệu suất giải toán như thế là không cao. Với tình hình ấy để giúp học sinh định hướng tốt hơn trong quá trình giải toán hình học toạ độ trong mặt phẳng, người giáo viên cần tạo cho học sinh thói quen xem xét bài toán dưới nhiều góc độ, khai thác các yếu tố đặc trưng hình học của bài toán để tìm lời giải. Trong đó việc hình thành cho học sinh khả năng tư duy theo các phương pháp giải là một điều cần thiết. Việc trải nghiệm qua quá trình
2. giải toán sẽ giúp học sinh hoàn thiện kỹ năng định hướng và giải toán. Cần nhấn mạnh một điều rằng, đa số các học sinh sau khi tìm được một lời giải cho bài toán hình học toạ độ trong mặt phẳng thường không suy nghĩ, đào sâu thêm. Học sinh không chú ý đến bản chất hình học phẳng của bài toán nên mặc dù làm rất nhiều bài toán hình học toạ độ nhưng vẫn không phân loại được dạng toán cơ bản cũng như bản chất của bài toán. Kết quả, hiệu quả của thực trạng trên với thực trạng đã chỉ ra, thông thường học sinh sẽ dễ dàng cho lời giải đối với các bài toán có cấu trúc đơn giản. Còn khi đưa ra bài toán khác một chút cấu trúc cơ bản học sinh thường tỏ ra rất lúng túng và không biết định hướng tìm lời giải bài toán. Từ đó, hiệu quả giải toán của học sinh bị hạn chế rất nhiều. Trước thực trạng đó của học sinh, tôi thấy cần thiết phải hình thành cho học sinh thói quen xem xét bài toán hình học toạ độ trong mặt phẳng theo bản chất hình học phẳng. Và vì vậy song song với các lời giải cho bài toán hình học toạ độ trong mặt phẳng, tôi luôn yêu cầu học sinh chỉ ra bản chất và bài toán hình phẳng tương ứng, từ đó phân tích ngược lại cho bài toán vừa giải. Trong sáng kiến kinh nghiệm này tôi sẽ chỉ ra một trong nhiều nội dung được áp dụng có hiệu quả. Việc đưa nội dung này nhằm khai thác các tính chất hình học phẳng để định hướng tìm lời giải bài toán hình học toạ độ và xem việc chỉ ra bản chất hình học phẳng sẽ bổ trợ cho giải toán chứ không phải là chúng ta đi giải một bài hình học phẳng. Qua đó giúp học sinh nhận thức được rằng: “Mỗi bài toán hình học toạ độ trong mặt phẳng luôn chứa đựng một bài toán hình phẳng tương ứng”. Vì vậy phân tích bản chất của bài toán hình học phẳng để bổ trợ cho việc giải bài toán hình học toạ độ trong mặt phẳng là một suy nghĩ có chủ đích, giúp học sinh chủ động hơn trong việc tìm kiếm lời giải cũng như phân loại một cách tương đối các bài toán hình học toạ độ trong mặt phẳng
3. B. NỘI DUNG I CÁC GIẢI PHÁP THỰC HIỆN 1. Tổ chức cho học sinh hình thành kỹ năng giải toán thông qua một (hay nhiều) buổi học có sự hướng dẫn của giáo viên 2. Tổ chức rèn luyện khả năng định hướng giải toán của học sinh. Trong đó yêu cầu khả năng lựa chọn lời giải ngắn gọn trên cơ sở phân tích bài toán hình học phẳng tương ứng. 3. Tổ chức kiểm tra để thu thập thông tin về khả năng nắm vững kiến thức của học sinh. 4. Trong mỗi bài toán hình học toạ độ trong mặt phẳng đều yêu cầu học sinh thực hiện phân tích bản chất hình học phẳng cũng như đưa ra các hướng khai thác mở rộng cho bài toán. 5. Cung cấp hệ thống các bài tập mở rộng để học sinh tự rèn luyện. II. CÁC BIỆN PHÁP TỔ CHỨC THỰC HIỆN Nội dung này được triển khai thông qua 3 buổi học (mỗi buổi học 3 tiết). Các buổi học giáo viên nêu vấn đề và định hướng cách suy nghĩ giải toán, giáo viên hướng dẫn làm các ví dụ mẫu. Qua đó, bằng cách phân tích trên hình phẳng tương ứng với bài toán, giáo viên phân tích lợi ích của việc “suy nghĩ có định hướng theo bản chất hình học phẳng của bài toán hình học toạ độ trong mặt phẳng” cũng như phân tích cho học sinh thấy rằng việc lựa chọn phương pháp giải không phải là ngẫu nhiên mà luôn chất chứa những nguyên nhân sâu xa rất bản chất. Đó chính là cấu trúc của bài toán, hình thức của bài toán và các mối quan hệ “tất yếu” giữa các yếu tố tạo nên bài toán. Cũng chính vì điều đó mà việc phân tích bài toán toạ độ trên hình phẳng tương ứng một mặt giúp học sinh hiểu được bản chất của bài toán, mặt khác giúp học sinh biết cách định hướng trong việc tìm lời giải bài toán. Để các buổi học đạt hiệu quả, tôi đã thực hiện ngay sau khi
4. học xong phần hình học toạ độ trong mặt phẳng ở lớp 10. Để tăng cường tính chủ động cho học sinh trong buổi học thứ nhất tôi đã cung cấp cho học sinh một hệ thống các bài tập đề thi về bài toán hình học toạ độ trong mặt phẳng cho bài học. Yêu cầu học sinh về nhà chuẩn bị lời giải , phân loại các bài toán thành các nhóm tương tự nhau cũng như trả lời câu hỏi :"bản chất bài toán ấy là gì? có tổng quát, mở rộng, phân loại dạng toán được không?". Bài toán hình học toạ độ trong mặt phẳng xuất hiện thường xuyên trong các đề thi ĐH, đề thi học sinh giỏi với mức độ tương đối khó. Vì vậy để giải được dạng toán này chúng ta cần tìm hiểu bản chất cũng như xây dựng phương pháp tư duy giải toán đặc trưng cho loại toán. Trong các buổi học này chúng ta sẽ cùng nghiên cứu về một phương pháp tư duy giải toán: "phân tích bản chất hình học phẳng trong bài toán hình học toạ độ tương ứng" Trước hết ta cần chú ý chuyển bài toán toạ độ về bài toán hình phẳng trên cơ sở các dữ kiện bài toán đã cho. Sau đó ta sẽ phân tích tính chất hình học trên hình phẳng để định hướng tìm lời giải bài toán. III. MỘT SỐ VÍ DỤ ĐIỂN HÌNH Các ví dụ Một bài toán hình học toạ độ có thể được giải theo một trong ba hướng chính sau: H1: Giải hoàn toàn theo quan điểm hình học giải tích H2: Giải hoàn toàn theo quan điểm hình học phẳng sau đó áp dụng vào toạ độ H3: Khai thác các yếu tố hình học phẳng để giải toán hình giải tích Mỗi hướng giải toán đều có những ưu thế riêng cho từng bài toán nhưng nói chung H3 thường hiệu quả hơn cả.
5. Thực hành giải toán: Bước 1: Vẽ hình phẳng biểu thị cho bài toán. Trên cơ sở dữ kiện và yêu cầu bài toán phân tích các yếu tố hình phẳng cần thiết để giải toán. Bước 2: Lập sơ đồ các bước giải bài toán Bước 3: Trình bày lời giải bài toán theo sơ đồ ở bước 2 Ví dụ 1. Cho tam giác ABC có góc C nhọn, tâm đường tròn ngoại tiếp tam giác là I(-2; 1) và thoả mãn A· IB 900 . Chân đường cao kẻ từ A đến BC là D(-1; -1), đường thẳng AC đi qua điểm M(-1; 4). Tìm toạ độ A, B biết đỉnh A có hoành độ dương M B A I D C Bước 1. Vẽ hình phẳng biểu thị cho bài toán, khai thác yếu tố hình phẳng sau: 1 1 Ta có ·ACB sd »AB ·AIB 450 , mà ·ADC 900 suy ra tam giác ADC 2 2 vuông cân tai D nên DA = DC mặt khác IA = IC do đó ID là trung trực của AC ID  AC
6. Bước 2. Lập sơ đồ các bước giải bài toán +) Chứng minh DI  AC +) Viết phương trình đường thẳng AC: AC đi qua M và có véc tơ pháp  tuyến DI +) Tính d(D,AC) suy ra DA 2d(D, AC) +) Do A AC nên biểu thị toạ độ điểm A theo tham số a. Từ độ dài DA suy ra toạ độ điểm A  +) Viết phương trình BD: BD đi qua D và có véc tơ pháp tuyến DA +) B BD nên biểu thị toạ độ điểm B theo tham số b. Tam giác AIB vuông   tại I, suy ra IA.IB 0 từ đó tìm được toạ độ điểm B Bước 3. Trình bày lời giải bài toán theo sơ đồ bước 2 1 1 Ta có ·ACB sd »AB ·AIB 450 , mà ·ADC 900 suy ra tam giác ADC 2 2 vuông cân tai D nên DA = DC mặt khác IA = IC do đó ID là trung trực của AC ID  AC  Đường thẳng AC đi qua M và có véc tơ pháp tuyến DI nên có phương trình x – 2y + 9 = 0 Gọi A(2a 9;a) AC , do DA = 2d(D,AC) 2 10 2 2 a 1 DA 40 a 6a 5 0 . Do xA 0 A(1;5) a 5 Đường thẳng DB đi qua D và vuông góc với AD nên có phương trình x 3y 4 0   B DB B( 4 3b;b) . Tam giác IAB vuông tại I nên IA.IB 0 b 2 suy ra B(2;-2). Vậy A(1;5), B(2; -2)
7. Ví dụ 2. Cho tam giác ABC nhọn. Đường thẳng chứa đường trung tuyến kẻ từ A và đường thẳng BC lần lượt có phương trình 3x 5y 8 0 , x y 4 0 . Đường thẳng qua A vuông góc với đường thẳng BC cắt đường tròn ngoại tiếp tam giác ABC tại điểm thứ hai là D(4; -2). Viết phương trình các đường thẳng AB, AC biết xB 3 A E H C B M D Bước 1. Vẽ hình phẳng biểu thị cho bài toán, khai thác yếu tố hình phẳng sau: Tứ giác CEHK nội tiếp đường tròn E· CK B· HK Mà ·ACK ·ADB (góc nội tiếp chắn cung »AB ) suy ra B· HK ·ADB , do đó tam giác BHD cân tại B, mà BK là đường cao nên K là trung điểm của HD Bước 2. Lập sơ đồ các bước giải bài toán +) M AM  BC suy ra toạ độ điểm M +) Viết phương trình AD: đi qua D và vuông góc với BC +) A AD  AM suy ra toạ độ điểm A, K AD  BC suy ra toạ độ K +) K là trung điểm của DH suy ra toạ độ điểm H
8. +) B BC nên biểu thị toạ độ điểm B theo tham số t, M là trung điểm của BC suy ra toạ độ điểm C theo tham số t   +) H là trực tâm tam giác ABC nên HB.AC 0 suy ra toạ độ B, C Bước 3. Trình bày lời giải bài toán theo sơ đồ bước 2 7 1 Ta có M AM  BC M ( ; ) 2 2 Đường thẳng AD đi qua D và vuông góc với BC nên có pt x y 2 0 A AD  AM A(1;1), K AD BC K(3; 1) Tứ giác CEHK nội tiếp đường tròn E· CK B· HK Mà ·ACK ·ADB (góc nội tiếp chắn cung »AB ) suy ra B· HK ·ADB , do đó tam giác BHD cân tại B, mà BK là đường cao nên K là trung điểm của HD B BC B(t;t 4) , M là trung điểm của BC suy ra C(7 t;3 t)   H là trực tâm tam giác ABC nên HB.AC 0 suy ra t = 2 hoặc t = 7 (loại) Khi đó B(2; -2), C(5; 1) Pt (AB): 3x + y – 4=0; pt(AC): y – 1 = 0 Ví dụ 3. Cho hình vuông ABCD có hai điểm M, N lần lượt là trung điểm 22 11 của AB, BC, biết CM cắt DN tại I( ; ) . Gọi H là trung điểm DI, biết 5 5 7 đường thẳng AH cắt CD tại P( ;1) . Biết x 4 , tìm toạ độ các đỉnh của 2 A hình vuông