聊聊几何中档题的“伪证”

奕杉爱数学 2024-02-20 18:32:00

聊聊几何中档题的“伪证”

在每次网上阅卷的过程中,最不喜欢面对的是几何中档题,几乎每个学生都能动笔,并且证明方法也多,阅卷压力非常大,尤其是一些似是而非的证明书写,极易混淆视觉,通常我们称之为“伪证”。

“伪证”的特点,是看上去像是正常证明过程,例如全等三角形的判定,三个条件都写好了,也符合书写规范,然而细看之下,至少一个条件未经证明或书写错误,甚至三个条件全部是凑数,这种形式主义有害无益,若是阅卷老师稍不留神,就容易变成漏网之鱼,增添了这些学生的侥幸心理,让“伪证”市场又多了一个成功学案例。

案例一

如图,AE∥BF,BD平分∠ABF,且交AE于点D,过点D作DC∥AB交BF于点C,求证:四边形ABCD是菱形.

先说正经思路:先证平行四边形,再证菱形。

按这个思路进行,则第一步很容易在题目中找到条件,即AE∥BF,DC∥AB,然后就可以进行下一步,证明其有一组邻边相等,由BD是角平分线,得到∠ABD=∠CBD,再由平行线间的一对内错角,∠CBD=∠ADB,完成等量转换,得到∠ABD=∠ADB,从而利用等角对等边,得到AB=AD,即完成了整个证明思路。

然而在阅卷过程中,我们却发现不少学生在使用全等三角形……

学生解一:证明△ABD≌△CDB,请注意这个对应关系,这还是正确的,然后得到AB=CD,AD=CB,继续利用角平分线和平行线,证明了AB=AD,然后得到了AB=AD=CD=CB,这并无问题,利用四条边相等的四边形是菱形;

学生解二:证明△ABD≌△CDB,然后得到AB=AD=CD=CB,所以得到菱形……

学生解三:证明△ABD≌△CBD,请注意对应关系,理由是两对内错角相等,再加公共边,然后就得到AB=AD=CD=CB,所以得到菱形……

学生解四:连接AC,证明两对全等,同样也得到AB=AD=CD=CB,所以得到菱形……

学生解五:由任意三个条件判断全等……

阅卷反思:

证明一个四边形是菱形,可以走的路有很多,我们在特殊平行四边形章节复习时,会有这样一个思维导图:

看上去错综复杂,实质上,只有最左边红色思维线是最基础的,其余的思路都是基于它,这也是为什么两组对边平行的四边形是平行四边形,一组邻边相等的平行四边形是菱形,我们称之为定义,它们就是概念,其余的判定定理身份不同,是在概念基础上推导出来的较为快捷的证明方法。

在平时练习的过程中,无论师生,都会犯这样一种错误,认为新方法一定比旧方法省事、高效,至于定义,那是最原始的,最不好用。这种认知严重与新课标下的改革理念违背,初中数学,最重要的恰恰是最原始的概念,那些花团锦簇的判定定理、解题方法、模型套路,都生长在这个基础之上,哪怕是学霸思维,也是先用概念去理解题目条件,再去选择合适的解题方法,只不过这个思维过程快如闪电,外表看上去一眼就找到了答案。于是就有学生羡慕,然后模仿,但如果不得精髓,就是东施效颦,把一些侥幸得分的套路当作法宝,自封学霸。

在这个案例中,我们发现相当多的学生选择证明四条边相等的四边形是菱形,这个思路本没有错,但和正经思路相比,书写起来也便宜不了多少,甚至还不如它。在证明全等三角形的过程中,暴露的更多是形式主义,课堂上看到老师和同学们写的格式,以为那就是方法,然后题目也没细看,或者没看明白,随意凑三个条件写上去,就得到了全等。

案例二

四边形ABCD内接于圆O,AB=AD,AC是圆O的直径,过点A作MN∥BD

(1)如图1,求证:MN是圆O的切线;

(2)如图2,当AB=2√3,∠BAD=60°时,连接DO并延长,分别交AM,AB于点E,F,交圆O于点G,求图中阴影部分的面积.

我们分步骤来看

第一小问,正经思路是证明AC⊥MN,由于AC是直径,得到∠ABC=∠ADC=90°,再结合题目给的AB=AD,利用HL证明全等,于是BC=DC,从而得到AC是BD的垂直平分线,再MN∥BD,得到AC⊥MN;

多数学生采用的就是这种思路,因此得分率也较高,然而总会有几个另类。

学生解一:将AC,BD交点标为E点,由AB=AD,AE=AE,用HL证明△ABE≌△ADE,至于它们为什么是直角三角形,没证明,看上去像就是了;

学生解二:证明△ABC≌△ADC,这步没问题,再证明△ABE≌△ADE,然后得到∠BAE=∠DAE,在等腰△ABD中用三线合一证明AC⊥BD,再证明AC⊥MN,这一路走得甚为坎坷,但也总算成功抵达;

学生解三:由AB=AD,AC是直径,直接就得到了AC⊥BD,并且还很贴心地标注垂径定理……

阅卷反思

虽然学生在证明切线的时候,都想到了利用切线的判定定理,经过直径的外端,且垂直于直径的直线是圆的切线,但在证明垂直结论的时候花样百出,题目条件给出AB=AD,本身就是为了引导学生利用三线合一,但是必须证明它是角平分线、中线、高三者之一,说明学生在理解三线合一定理的时候,停留在了字面意思,忘记了定理背后的逻辑。

第二小问,正经思路很多,题目给出∠BAD=60°之后,首先得到等边△ABD,这是后面解法的基础,然后设法将阴影部分的面积表示成三角形面积减掉扇形面积即可。

在证明过程中,有一个关键结论,DF⊥AB,在阅卷过程中,多种方法都涉及到这个结论,用于构造含30°角的直角三角形,并利用其三边关系求边长,包括半径OA和线段AE,于是在如何得到DF⊥AB上,学生们“精彩纷呈”。

学生解一:由等边△ABD是圆内接三角形,直接得到点O是中心,即三心合一,但这并不是教材中的定理,只是我们在学习探索圆内接正多边形时的一个结论,所以使用这种未被纳入的定理,逻辑上跳跃性太大;

学生解二:由等边△ABD中,AC⊥BD,利用三线合一得到AC是BD垂直平分线,于是直接得到DF⊥AB……

学生解三:由等边三角形ABD,连接OB,由AD=BD,OA=OB得到DO是AB垂直平分线,这是比较聪明的思路,没问题;

学生解四:求出△ADE面积,然后减掉“扇形ADG”的面积,这显然是图形认知错误;

学生解五:由等边△ABD,直径DG,直接得到DG⊥AB……

学生解六:先证明等腰△ADE,再证明AE三线合一,殊不知,在证明等腰△ADE的过程中,求阴影部分面积的条件基本已具备,这属于多此一举了。

阅卷反思

在几何中档题里出现特殊图形,例如等边三角形,特殊直角三角形等,学生极容易用直观代替证明,用曾经解过的习题结论当作推导依据,若在平时,可能老师批改时会有所忽略,但这就留下了隐患,这在选择填空题,并不会有多大困扰,但这是需要书写规范过程的时候,所以逻辑上就出现了混乱。

若要纠正学生的这种答卷失误,需要在几何教学过程中严格要求,我们在七年级初次接触几何证明的时候,需要详细注明每一步的理由,这个习惯要养好,不要怕麻烦,当初偷的懒,现在都要还。

即使在更高年级学习几何证明,不再要求书写每一步的理由,也要设法创造场景让学生口述理由或思路,养成每步推理必有理的习惯。

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