初中数学的自然原理
第十一部分:数形结合

总览:一体两面

这一部分把全书的数和形收拢到一起:每个代数关系都有一个几何的样子,每个几何关系都能写成数,能在两者之间来回翻译,综合问题就有了思路。

代数和几何对照表#

前面十个部分里,同一件事常常以两种面貌出现过:

代数的面貌 几何的面貌 在哪里学过
实数 数轴上的点,一一对应 第二部分“实数”
相反数 关于原点对称的两个点 第二部分“有理数”
绝对值 数轴上两点间的距离 第二部分“有理数”
不等式的解集 数轴上的一段 第四部分“不等式与不等式组”
乘法公式 正方形面积的拼图 第三部分“整式的乘法”
配方 把长方形补成正方形 第四部分“一元二次方程”
直角三角形的三条边 第五部分“勾股定理”
有序数对 平面上的点 第六部分“平面直角坐标系”
两点间的距离公式 坐标系里的勾股定理 第三部分“二次根式”
函数 图象 第七部分“函数”
一次函数的 直线的倾斜程度 第七部分“一次函数”
二元一次方程组的解 两条直线的交点 第四部分“二元一次方程组”
一元二次方程的根 抛物线与 轴的交点 第七部分“二次函数”
判别式的正、零、负 抛物线与 轴有两个、一个、没有交点 第四部分“一元二次方程”
比例、相似比 形状相同、大小不同的图形 第八部分“相似”
锐角三角函数 直角三角形两条边的比 第八部分“锐角三角函数”
圆心到直线的距离与半径比大小 直线与圆有几个公共点 第九部分“与圆有关的位置关系”

每一行都是同一件事的两种说法。遇到一个代数问题,可以问“它画出来是什么样子”;遇到一个几何问题,可以问“它写成数是什么式子”。

贯穿全书的几条主线#

主线 经过的地方
数轴 → 坐标系 → 函数图象 数轴上的点和距离 → 不等式的解集画在数轴上 → 平面直角坐标系 → 一次、反比例、二次函数的图象
面积模型 乘法公式的拼图 → 因式分解 → 勾股定理的拼图证明 → 配方法
方程是数与形的交点 方程组的解是两直线的交点 → 一元二次方程的根是抛物线与 轴的交点 → 判别式与交点个数 → 直线与圆的位置关系
对称 相反数 → 轴对称与等腰三角形 → 坐标系中的对称点 → 抛物线的对称轴 → 圆的对称性和垂径定理
比 比例 → 相似 → 锐角三角函数 → 一次函数的
变化与对应 代数式的值 → 函数 → 动点问题

这一部分的六页#

数与形之间有两个方向:以形助数、以数解形;动点与函数两边都用;方程思想、分类讨论、辅助线贯穿各部分

页面 要回答的问题 典型的例子
以形助数 代数问题怎样画成图 绝对值之和的最小值;方程在某个范围内的根的个数;比较两个函数的大小
以数解形 几何问题怎样写成数来算 坐标系中判断三角形的形状;平行四边形的第四个顶点;三角形面积的最大值;点的存在性
动点与函数 运动中的量怎样变化 按转折点分段写函数;从图象反推图形;两个动点的面积
方程思想与建模 不知道的量怎样求出来 折叠求线段长;购买方案;拱桥的宽度
分类讨论 条件不确定时怎样不重不漏 等腰三角形的腰;相似的对应关系;平行弦的位置
辅助线从哪里来 条件和结论怎样接上 倍长中线;取中点构造中位线;切线连半径

前两页是同一种翻译的两个方向:第十一部分“以形助数”把数画成形,第十一部分“以数解形”把形写成数。第十一部分“动点与函数”两个方向都用:从图形里写出函数,再用函数的图象读懂运动。

后三页讲的是贯穿各部分的想法,不局限于数形结合:第十一部分“方程思想与建模”讲怎样把未知的量设出来、找等量关系;第十一部分“分类讨论”讲条件没说死时怎样把情况列全;第十一部分“辅助线从哪里来”讲几何证明里缺的那座桥怎样补上。这三种想法在前面各部分的例题里已经反复出现,这里把它们单独拿出来看清楚。

学习顺序#

这一部分用到前面各部分的知识,适合在相关内容学完以后阅读,也适合总复习时通读:

  1. 以形助数、以数解形: 学完第七部分的三种函数后读,重点是会在数和形之间翻译;
  2. 动点与函数: 学完第七部分“二次函数”后读;
  3. 方程思想与建模: 学完第四部分的各种方程后就可以读,几何的例子需要第五部分“勾股定理”;
  4. 分类讨论: 学完第八部分“相似”和第九部分“圆的有关性质”后读,其中等腰三角形、方程的例子可以更早看;
  5. 辅助线从哪里来: 在学第五部分的证明时就可以对照着看,圆的部分学完第九部分再读。

每页的例题都跨了几个部分。读的时候如果某一步看不懂,按页末“联系”里的链接回到原来的页面去补。