高考命題組的總結(jié):“相當(dāng)數(shù)量的試題都源于課本的例題、習(xí)題,或稍加改造,或做拼合,常規(guī)題型、常見思路、常用的方法在試卷占了主題地位,突出了基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能和方法的考查。”很多高考題和模擬卷上的題有很多題都是課本習(xí)題的變式,尤其是在書后探究拓展、思考運(yùn)用部分出現(xiàn)的頻率更高,所以本人通過課本習(xí)題說明常見的構(gòu)造圖形法。
如,蘇教版必修2第62頁第18題:
【原題】設(shè)P,A,B,C是球O表面上的四點(diǎn);PA、PB、PC兩兩互相垂直,且PA=PB=PC=1,求球的表面積及體積。
對(duì)于此題本身,由于大部分學(xué)生對(duì)于空間立體的想象比較欠缺,解決起來有一定的困難,由于球本身就是空間的圖形,不好在平面上畫出,里面還有幾條互相垂直的線,不容易找到球心與一已知量之間的關(guān)系,因而很多學(xué)生對(duì)于此只能望而卻步,但如果我們能從題目本身的特點(diǎn)和條件入手構(gòu)造常見的圖形,從而很容易解決此問題。
【分析】此題可看作球O內(nèi)接正方體PBGC-ADEF中,因?yàn)镻A,PB,PC兩兩互相垂直,且PA=PB=PC=1,即以PA,PB,PC為三條相鄰的棱補(bǔ)一個(gè)正方體,這就是在原圖形的基礎(chǔ)上根據(jù)題設(shè)條件,在構(gòu)造出一個(gè)正方體,此時(shí)正方體一定在原球內(nèi),并且正方體的對(duì)角線為球的直徑。
解:原問題可視作球O內(nèi)接正方體PBGC-ADEF,PA,PB,PC兩兩互相垂直,且PA=PB=PC=1,因此球的直徑為 ,此時(shí)半徑為 ,V球= π·( )3= π,S球=4π·( )2=3π。
【變1】三棱錐P-ABC中,側(cè)棱兩兩互相垂直,且長為1,求三棱錐外接球的體積。
【解析】此問題與解法一樣,只是不同的問法。
【變2】一個(gè)四面體的所有棱長都是 ,四個(gè)頂點(diǎn)在同一個(gè)球面上,則此球的表面積為多少?
【解析】此題與上面兩問題稍有所不同,但主體思想一樣,采用構(gòu)造圖形法。由于已知的一個(gè)四面體的所有棱長都相等,所以想到正方體的特點(diǎn),正方體的面對(duì)角線有四個(gè)相等,因而在四面體外補(bǔ)成一個(gè)正方體,此時(shí)正方體的對(duì)角線就是四面體的邊長,而正方體的外接球就是四面體的外接球,從而球的半徑很容易求得。
【變3】在等腰梯形ABCD中,AB=2DC=2,∠DAB=60°,E為AB的中點(diǎn),將△ADE與△BEC分別沿ED,EC向上折起,使A,B重合于點(diǎn)P,則三棱錐P-DCE的外接球的體積______。
【解析】此題由已知條件可得三棱錐P-DCE是正四面體,且所有棱長為1,方法同變式2,補(bǔ)一個(gè)正方體,外接球的直徑為正方體的對(duì)角線。
構(gòu)造圖形法在高中數(shù)學(xué)中有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用,通過上面的實(shí)例會(huì)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用構(gòu)造圖形法解決起來十分容易,關(guān)鍵是如何構(gòu)造,對(duì)于學(xué)生來說也是一個(gè)難點(diǎn),也就是如何把條件和要證或計(jì)算的量聯(lián)系起來,在這一點(diǎn)上首先要認(rèn)真分析已知條件的特點(diǎn)和關(guān)系式與求的關(guān)系式的聯(lián)系,再結(jié)合常見的構(gòu)造圖形,問題就可以解決,本人只是通過課本習(xí)題將在教學(xué)中構(gòu)造圖形法兩個(gè)角度拋磚引玉。
(作者單位 江蘇省淮安市盱眙縣都梁中學(xué))