数学老师那句“大家应该向凌凡同学学习”的评价,像一颗投入平静湖面的石子,在班级里荡开了一圈不大不小的涟漪。惊讶、好奇、甚至一丝不易察觉的嫉妒,各种目光在课间时不时地飘向教室后排那个依旧有些佝偻着背、但眼神里多了点不一样东西的身影。
凌凡自己,则沉浸在一种前所未有的“应用”快感中。那种亲手将杂乱公式驯服、提炼出简洁本质的过程,像一种精神上的尼古丁,让他上了瘾。他开始主动在练习册和试卷的角落里,搜寻那些打着“★”号或者标注着“拓展”、“思考”字样的题目,把它们当作验证新能力的试金石。
然而,真正的“大魔王”,始终是试卷的最后一道题——压轴题。
这天数学晚自习,一张新的单元测试卷发了下来。凌凡照例先扫向最后一道解答题。题目很长,像一篇微型的科技文摘:
【如图,在平面直角坐标系xoy中,点a、b分别为椭圆c: x2/4 + y2/3 = 1 的左、右顶点。点p为椭圆c上异于a、b的任意一点。,求证:直线n恒过定点,并求出该定点坐标。】
凌凡倒吸了一口凉气。
椭圆?顶点?直线方程?交点?恒过定点? 这些词语单个看他大概知道是什么意思,但组合在一起,尤其是“恒过定点”这四个字,散发着一种生人勿近的高冷气息。这和他之前解决的三角函数化简题完全不是一个量级!那道题只是工具的组合,而这道题,扑面而来的是一种复杂的动态几何结构和抽象的证明要求。
他的第一反应是头皮发麻,胃部习惯性收紧。那是一种学渣面对天书时的本能畏惧。几乎要下意识地跳过,去检查前面的题目。
但就在笔尖将要移开的瞬间,他停住了。
他想起了陈景先生的话:“压轴题如猛兽,直视之,则龇牙咧嘴;分解之,则不过纸老虎。” 他想起了自己刚刚获得的“应用”体验带来的信心。 “恒过定点……”他咀嚼着这四个字,心脏砰砰跳,但这一次,不仅仅是畏惧,更夹杂着一种挑战“大魔王”的兴奋和渴望。
“不能怕。”他对自己说,“就算最终解不出来,我也要看看它到底难在哪里!至少要能拆解它!”
他开始了人生中第一次,有意识地对压轴题进行“拆解”。这不是漫无目的地瞎看,而是带着明确目的的分析。
第一步:通读题目,标注关键信息(读懂题目在说什么)
他用笔尖点着题目,逐字逐句地读,像侦探勘察案发现场,不放过任何细节。
2 “点p为椭圆c上异于a、b的任意一点”关键!“任意一点”,说明要对所有点都成立,这往往是需要设参数或者利用曲线方程的表达。
5 “连接n,求证:直线n恒过定点”最终目标:证明不管p怎么动,n这条动直线始终经过某一个固定的点。
第二步:将大问题分解为小问题(分解任务)
他意识到,要证明n过定点,他可能需要:
1 求出点的坐标。(用p点坐标表示)
2 求出点n的坐标。(用p点坐标表示)
3 有了和n的坐标,求出直线n的方程。(必然包含p点坐标作为参数)
4 证明这个直线方程无论参数(即p点位置)如何变化,都满足某个固定点的坐标(即找到那个定点坐标代入方程恒成立)。
第三步:寻找切入点与所需工具(规划路线)
问题的核心落在了:如何表示动点p? 椭圆上的点,可以用参数方程!为参数,且θ≠0, π(避开a、b点)。 这是一个重要的突破!用参数θ表示p点,那么所有后续的坐标和方程都可以用θ来表示。
接下来,他需要: 工具1:两点式求直线方程(求ap和bp的方程)。 工具2:求直线与定直线的交点(求和n)。 工具3:两点式求直线方程(求n的方程)。 工具4:观察或化简n的方程,找出其恒过的定点。
思路瞬间清晰了!虽然每一步具体计算可能很复杂,但至少,他看到了一条从起点通往终点的、由一系列已知小步骤连接而成的路径!压轴题不再是一团无法下口的刺猬,而是被分解成了几个明确的、虽然仍有难度的“关卡”。
第四步:尝试攻克第一道关卡(具体执行)
他深吸一口气,开始计算。
求直线ap的方程: a(-2,0), p(2sθ, √3 sθ)。
他长出一口气,拿到了第一个坐标!虽然表达式有点复杂,但毕竟是确切的坐标。
趁热打铁,求直线bp的方程: b(2,0), p(2sθ, √3 sθ)。
拿到和n的坐标,他已经完成了分解任务的一半!虽然表达式看起来有点吓人,特别是分母不同(sθ+1 和 sθ-1),但他记得三角函数里有公式可以处理它们:1+sθ = 2s2(θ/2), 1-sθ = 2s2(θ/2)。
也许后面化简会用得到。他暂且记下这个提示。
接下来是更复杂的关卡:求n的直线方程。用两点式求n方程,计算量巨大无比。
他尝试了一下,式子变得异常繁琐,分子分母充斥着sθ和sθ。他皱起了眉头,感觉这样硬算下去,很容易出错,而且可能找不到最终那个“定点”。
“一定有更好的办法……”他停下了笔,没有盲目地硬算下去。这种在复杂计算前暂停、寻找更优解法的意识,是另一种宝贵的成长。
他盯着和n的坐标,盯着它们分母的区别,又回想最终目标——“恒过定点”。这意味着n的方程应该能被写成某种形式,其中包含θ的部分可能会被抵消掉,或者其系数满足某种关系……
晚自习结束的铃声打断了他的沉思。
他抬起头,发现周围同学已经开始收拾书包。他的卷面上,压轴题的区域写满了初步的设参和、n的坐标表达式,但最终答案依然隐藏在迷雾之后。
然而,凌凡脸上没有任何沮丧。
他小心翼翼地将这张卷子折好,放入文件夹中。心里没有失败感,反而充满了一种前所未有的充实和兴奋。
他第一次,没有在压轴题面前完全溃败。 他第一次,成功地将一道看似恐怖的压轴题分解成了一个个明确的步骤。 他第一次,计算出了关键中间量(、n坐标),虽然没能最终走完,但他触摸到了压轴题的脉络!
他知道,自己距离完全攻克它,或许只差一个巧妙的化简技巧,或者一个对“恒过定点”更深的理解。
这“分解与拆解的第一步”,其意义,远大于解出十道常规题。它意味着,他真正具备了向数学高峰发起挑战的资格。
回家的路上,寒风刮在脸上,他却觉得浑身发热。脑子里还在不断回放着、n坐标的表达式,试图寻找着那根能将它们巧妙串联起来的、名为“化简”的金线。
压轴题的大魔王,依然盘踞在终点。 但年轻的勇者,已经拔出了剑,看清了通往魔王宝座的那段、虽然荆棘密布却不再神秘的征途。
他知道,下一次,或者下下次,他必将斩魔王于马下。
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