從內切圓類比到內切球

2021-02-19 揚帆數學工作室

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按語:本文轉載《中學生數學》2019年2月(上)第33頁至第34頁

數學家波利亞曾說過,「類比是一個偉大的引路人,求解立體幾何問題往往有賴於平面幾何中的類比問題」.類比,是根據兩個對象或兩類事物間存在著的一些相同或相似的屬性、特徵、關係等,推斷它們之間也可能具有的其它一些相同或相似的一種推理形式,比如,圓與球類比,三角形與三稜錐類比,橢圓與雙曲線類比,等差數列與等比數列類比,在函數與導數、排列組合中也存在類比現象,它們通常以類比思維為軸心,與數學思想方法、數學基礎知識整合,考查探究能力、創造能力和合情推理能力.

評述  本題以雙曲線為背景,以內切圓為載體,考查雙曲線的定義、離心率大小的計算.粗看試題,入手不易,但聯想到三角形內切圓半徑公式的推導方法,卻易求離心率的大小,解法漂亮!

評述  本題與例1相似,增加考查雙曲線的幾何性質,由「三角形的內切圓」變成「四邊形的內切圓」,但是解題方法仍然利用內切圓,藉助等面積法求離心率的大小.

類比到空間,由平面圖形的內切圓類比到空間幾何體的內切球,即「圓心到各邊的距離等於圓的半徑」類比到「球心到各面的距離等於球的半徑」,平面圖形的「等面積」類比到空間幾何體的「等體積」,在知識與方法兩個維度均體現類比,請看下面三道例題.

評述  本題背景由平面圖形升維成空間幾何體,自然是由「平面圖形的內切圓」類比到「空間幾何體的內切球」,表面上題目變複雜了,難度增加了,尤其突出空間想像能力,然而在解題方法的衍變上,卻是一脈相承的,通過「等體積法」求內切球的半徑.

評述  本題背景由例3的「一側稜垂直底面的四稜錐」換為「正四稜錐」,但解題實質不變.

克卜勒說:「我珍視類比勝於任何別的東西,它總是我最可信賴的老師,它能揭示自然界的秘密,在幾何學中它應該是最不容忽視的.」康德也說過「每當理智缺乏可靠論證的思路時,類比這個方法指導我前進」,足見類比是一種具有創造性的思維推理方法.在學習中,要勇於探究,勤於反思,以數學抽象、邏輯推理、數學建模、數學運算、直觀想像、數據分析等六大核心素養的培養為契機,通過已學知識,善於利用類比解決數學問題,從課本的例習題、高考真題,或模擬題,或其它經典試題中提煉解題思想與方法,把數學思想與方法融會貫通於解題之中,積累活動經驗,養成良好的學習習慣,為有效提升自身的核心素養提供強有力的保障.

溫馨備註:本文五道例題分別選自2018年衡水調研卷<五>·文15、2018年衡水金卷一模·文15、2018年福建泉州5月質檢·文11、2017年石家莊二模、2018年福建三明5月質檢·文16.

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