代趙玉 許志城 魏俊潮

(1.江蘇省揚(yáng)州大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院 225002；2.江蘇省泰州中學(xué)數(shù)學(xué)教研室 225300)

在解決兩個(gè)向量的系數(shù)之和、線性關(guān)系式與最值(取值范圍)問(wèn)題時(shí)，利用向量等和線求解比常規(guī)方法更顯優(yōu)勢(shì).此類問(wèn)題的源頭可以追溯到教材向量部分的例習(xí)題編寫，基于此，研究者們開展一系列探索與研究.吳莉娜(2021年)從人教版和蘇教版例習(xí)題出發(fā)，通過(guò)一系列變式問(wèn)題層層深入探究，發(fā)現(xiàn)利用等和線結(jié)論可以巧妙地將復(fù)雜的求值、最值等一系列代數(shù)和問(wèn)題轉(zhuǎn)化為幾何圖形問(wèn)題，將具體的代數(shù)式運(yùn)算轉(zhuǎn)化為距離的長(zhǎng)度比例問(wèn)題.楊瑞強(qiáng)(2022年)通過(guò)對(duì)普通高中教科書《數(shù)學(xué)》必修第二冊(cè)第26頁(yè)例1的深入探究與擴(kuò)展，給出“等和線”的概念和重要性質(zhì)，同時(shí)分類闡述利用“等和線”法解決幾類常見(jiàn)的平面向量線性運(yùn)算的系數(shù)和(線性關(guān)系式)、最值(取值范圍)等題型，并指出了解題的關(guān)鍵步驟.楊德?lián)P(2020年)、張玉虎(2019年)則主要研究等和線在求解系數(shù)和這一類問(wèn)題中的應(yīng)用，展現(xiàn)了等和線應(yīng)用的簡(jiǎn)潔與高效.

1 追本溯源——等和線定理

1.1 三點(diǎn)共線定理

1.2 等和線

2 等和線定理的應(yīng)用

2.1 撥云見(jiàn)日——求兩變量的系數(shù)和

圖1 圖2 圖3

再將a,b的值代入化簡(jiǎn)，得

現(xiàn)假設(shè)有x+y=m，則x=y-m.

代入上式化簡(jiǎn),得

25y2-18my+9m2-144(m-1)2=0.

解法2 (等和線法)如圖3，連接MN與AC交于點(diǎn)E，AC=5.

CM2+CN2=CM2·CN2=MN2.

即CM·CN=MN.

圖4 圖5

解法1 (常規(guī)解法)因?yàn)椤螦CB=120°，所以∠APB=120°.

即有1=m2+n2-mn.

令m+n=t(t>1)，將上式化簡(jiǎn),得

(m+n)2-3mn-1=0.

安保系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)故障降速、故障停車和緊急停車功能。出于安全性考慮，系統(tǒng)中安?？刂颇K與其他模塊的通信主要通過(guò)雙冗余CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，同時(shí)重要的安保輸出(故障降速、故障停車)通過(guò)硬線連接作為備份。

即t≥2或t≤-2.則m+n最小值為2.

解法2 (等和線法)如圖5，過(guò)點(diǎn)P作線段AB的垂線，并與AB交于點(diǎn)D.

因?yàn)椤螦CB=120°，所以∠APB=120°.

由等和線定理，得

因?yàn)镻D是定值,則當(dāng)PC⊥AB(PC=PB)時(shí),m+n最小值為2.

2.2 延伸擴(kuò)展——求兩變量的線性關(guān)系式

圖6 圖7 圖8

=9x2+4y2

=(3x+2y)2-12xy

根據(jù)等和線定理，得

當(dāng)點(diǎn)P位于等和線EF上時(shí),(3x+2y)min=1；

觀察三個(gè)例題的解法，常規(guī)解法是通過(guò)相關(guān)知識(shí)構(gòu)建出二元二次方程，此時(shí)較難求出系數(shù)之和，這為解題增添了難度.而采用等和線法則是巧妙地將復(fù)雜的求值、最值等一系列代數(shù)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為幾何問(wèn)題，將具體的代數(shù)式運(yùn)算轉(zhuǎn)化為距離的比值問(wèn)題，用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型解決向量雙變量問(wèn)題，完美地呈現(xiàn)了數(shù)學(xué)的數(shù)形結(jié)合之美，也充分體現(xiàn)了等和線解決雙變量問(wèn)題的簡(jiǎn)潔性、高效性.

向量等和線以平面向量基本定理為基礎(chǔ)，即一個(gè)向量可以用一組不共線的向量表示出來(lái)，此時(shí)兩基底的系數(shù)共同決定了第三條向量終點(diǎn)的位置，常用的結(jié)論是當(dāng)系數(shù)之和為1時(shí)，即三條共起點(diǎn)的向量的終點(diǎn)在同一條直線上.由于高考題中很多向量題目都涉及雙變量系數(shù)和的問(wèn)題，在遇到這類問(wèn)題時(shí)，解題大體上可分為以下三個(gè)步驟：確定等和線值為1的線(即兩個(gè)基底的終點(diǎn)所在的直線)；平移該線，結(jié)合動(dòng)點(diǎn)的可行域，分析何處取得最大值和最小值；從長(zhǎng)度的比值或點(diǎn)的位置兩個(gè)角度，計(jì)算最大值和最小值，如此便求得系數(shù)和的范圍.

而對(duì)于求解兩個(gè)系數(shù)的一般線性關(guān)系式問(wèn)題，由于向量可以通過(guò)數(shù)乘運(yùn)算將向量進(jìn)行同向或者反向伸長(zhǎng)、壓縮，所以所有系數(shù)的線性關(guān)系式都可以通過(guò)改變向量的基底，將所求系數(shù)的線性關(guān)系式轉(zhuǎn)換為兩個(gè)新的基底的系數(shù)和問(wèn)題，最后再利用等和線三步驟解決問(wèn)題.