數(shù)學(xué)中,“算兩次”是一種非常巧妙的研究方法,它可以幫助我們發(fā)現(xiàn)許多有用的結(jié)論。第一次發(fā)現(xiàn)它的妙用,是在整式乘法的學(xué)習(xí)中:用兩種不同的方法分別表示同一個(gè)圖形的面積,可以得出單項(xiàng)式乘單項(xiàng)式的運(yùn)算結(jié)果。
圖1中大長(zhǎng)方形被等分為9份,記每個(gè)小長(zhǎng)方形的兩邊長(zhǎng)分別為a、b,大長(zhǎng)方形的面積為S。從整體看,S=3a×3b;從局部看,S=9×ab,因此3a×3b=9ab。隨著學(xué)習(xí)的深入,我發(fā)現(xiàn)單項(xiàng)式乘多項(xiàng)式也可以同樣地用“算兩次”的方法得出結(jié)果。如圖2所示,從整體看,S=a(b+c);從局部看,S=ab+ac,因此a(b+c)=ab+ac。多項(xiàng)式乘多項(xiàng)式也一樣可以“算兩次”得出運(yùn)算結(jié)果。如圖3所示,從整體看,S=(a+b)(c+d);從局部看,S=ac+ad+bc+bd,因此(a+b)(c+d)=ac+ad+bc+bd。完全平方公式(a+b)2=a2+2ab+b2(如圖4)和平方差公式a2-b2=(a+b)(a-b)(如圖5)也同樣可以。
如圖6,圖中四個(gè)直角三角形的形狀和大小都相同,將圖中大正方形的面積“算兩次”,可得c2=4×[1/2]ab+(b-a)2;整理,得c2=a2+b2。這是一個(gè)非常簡(jiǎn)潔的等式,它描述了直角三角形三邊長(zhǎng)的數(shù)量關(guān)系。老師告訴我,八年級(jí)我們將會(huì)研究這個(gè)特別重要的結(jié)論——勾股定理。如果將上頁(yè)圖6中的直角三角形進(jìn)行適當(dāng)運(yùn)動(dòng)變換,可以構(gòu)造很多不同的圖形,你能運(yùn)用面積“算兩次”的辦法驗(yàn)證c2=a2+b2嗎?用圖7、圖8分別試試看。
有時(shí)候,我們還可以將“算兩次”的方法變得更加直觀。如圖9所示,通過(guò)拼圖的方式,將圖中直角三角形的位置變換一下,對(duì)比圖①和圖②,或圖①和圖③,我們都能直接看出c2=a2+b2。這也被稱為“無(wú)字證明”,真是妙不可言啊!
你知道嗎?除了通過(guò)算兩次面積來(lái)列出等式,其實(shí)長(zhǎng)度和角度也可以嘗試用這種方法來(lái)找出它們之間的等量關(guān)系哦!在數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中,我們經(jīng)常會(huì)遇到把某個(gè)量“算兩次”然后得出它們相等的情況,這就是我們常說(shuō)的用方程思想來(lái)解決問(wèn)題。
想象一下,如果我們用一種方法表示一個(gè)量,但在這個(gè)過(guò)程中稍微做了一些放大或縮小的調(diào)整,那我們就可以得到一個(gè)不等式。是不是很神奇呢?
再進(jìn)一步想,如果我們把一個(gè)幾何體的體積也“算兩次”,說(shuō)不定還能發(fā)現(xiàn)更多有趣的新知識(shí)呢!這種“算兩次”的方法,就像是我們給數(shù)學(xué)世界打開了一扇新的大門,讓我們能夠探索到更多未知的寶藏。
所以,下次當(dāng)我們遇到數(shù)學(xué)問(wèn)題時(shí),不妨試著用“算兩次”的方法來(lái)找找看思路,說(shuō)不定會(huì)有意想不到的收獲哦!
教師點(diǎn)評(píng)
“算兩次”是一種重要的數(shù)學(xué)方法。如果一個(gè)研究對(duì)象具有“雙重身份”或者“兩面性”,我們就可以考慮“一方面……,另一方面……,綜合可得……”,從而建立數(shù)量間的關(guān)系。由此可以很好地培養(yǎng)數(shù)學(xué)發(fā)散思維,提升數(shù)學(xué)思維品質(zhì)。
(指導(dǎo)教師:張喆寧)