发掘对称性 快速巧求解 数学中存在着大量对称的形与式,不过有些问题中的对称性是比较隐蔽的,在求解相关的问题时,如果能够注意寻觅和发掘或通过变形构造出对称关系,则可以收到事半功倍的效果,达到快速简捷求解的目的
下面举例说明,相信会对同学们有所启迪
例 1 设 A、B 两点是圆心都在直线 3x-2y+5 = 0 上的两个相交圆的交点,并且点 A 的坐标为(-4, 5),求点 B 的坐标
解析 乍一看本题似乎缺少条件,无法求解
如果我们仔细分析就会发现题中隐含的对称性,这样问题便可迅速获解
如图 1,设 B 点的坐标为(x, y),则由题设可知 AB 垂直于直线 3x-2y+5 = 0
又点 A 的坐标为(-4, 5),所以直线 AB 的方程为 y-5 =
解方程组 得直线 AB 与直线 3x-2y+5 = 0 的交点坐标为(, )
由对称性知,(, )为 AB 的中点,于是可得 B 点的坐标为(, )
例 2 四边形 ABCD 面积为 S,求证:S≤
解析 三角形面积不大于其任意两边之积的一半,观察不等式的右边可想到,如果能够把AB、AD(或 BC、CD)调换位置,则结论很容易证明
如图 2,以 BD 的中垂线为轴作△BCD 的对称图形△BC1D,则有:≥
例 3 设有一直角 QOP,试在 OP 边上求一点 A,在 OQ 边上求一点B,在直角内求一点 C,使 BC + CA 等于定长 L,且使四边形 ACBO 的面积最大
简析 如图 3,显然难于直接确定点的位置,若利用对称性,把四边形 ACBO 补成一个八边形,其周长为 4L,是定值
由对称性知,要使四边形 ACBO 的面积最大,必须使此八边形面积最大
由命题“周长一定的凸 n 边形中,以正 n 边形的面积为最大”,可知当八边形为正八边形时,四边形 ACBO 的面积最大
此时点 C 为正八边形的一个顶点,正八边形的边长为,易得