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geogebra进阶:动点问题的绘制之实用解决方案(1)

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一、问题提出

有关动点在多边形边界上移动的问题在初中数学中很常见,它涉及到各元素(点、线,以及由它们组成的基本图形)在位置关系、数量关系上的变与不变.由于这些变与不变的关系不仅有显性的,而且还有隐形的,所以成为初中数学教与学的一个难点.

文1提出,采用“几何画板”动态演示功能可以轻松突破这个难点,并且呈现了一个具体实例说明制作的思路.可惜,制作过程一共有14步,而且引入了复杂的符号函数,制作过程比较繁杂.最关键的是,文中的几何画板制作过程和人们自然的数学解题过程不相同,相当于要先解决数学问题,另外还得重新思考利用几何画板如何制作这个动态演示课件,费时费力,真“不轻松”!

近期热门的免费软件GeoGebra凭借其强大的几何、3D、动态演示和运算等功能,可以规范、便捷、直观地反应图形的变化性态.GeoGebra可以为师生做“数学实验”提供理想的环境,让师生通过“数学实验”去主动发现、主动探索,经历数学知识的建构过程,逐渐掌握发现规律的探究方法,使学生的探究学习能力、空间想象能力得到较好地培养.

笔者和肖建伟老师之前在动点绘制方面有过一定的研究和交流,自己也有心得曾经撰写文章投稿,但是杂志索要不小的版面费,笔者就没有发表这样的文章在这个刊物上。但是学习仍要继续进行。

二,问题:

先看看选自“左右修竹”老师的提供的例子:

例:点P在线段AB、半圆BC、线段CD组成的图形上运动,三段上的速度分别为1,2,3.描出P的轨迹。

这个例子非常好!

因为我们之前的研究中,单位向量法在圆弧上是不能使用的。“左右修竹”老师进行了优化!我们来看看他所提供的两个绘制方法。然后笔者再提出自己的看法和第三种方法。

方法一:利用描点指令的路径值法

肖建伟老师有一个非常重要的《GeoGebra几何对象路径值(PathParameter)的理解与应用》,指出:

几何画板通常运用点值的方法去制作,GGB也有与“点值”对应的参数,用来确定点在几何对象上的位置,那就是“路径值(PathParameter)”,不过GeoGebra路径值的定义比几何画板的定义来得复杂些。

{!-- PGC_COLUMN --}

同时:

所以要用描点指令,绘制动点在不同对象上的动点,必须要计算出相关动点的路径值!

肖老师也在这个文章中提出了利用折线计算动点的路径值的方法,大家可以参看,笔者不再叙述。

现在看看“左右修竹”老师对这个路径值的计算。

第一步:

首先手工计算P在轨迹上运动的时间t_总=t_1+t_2+t_3=f+\frac{c}{2}+\frac{g}{3},建立时间滑动条t,范围0

到t_总.,

然后将f,c,g做成一个列表,准备在上面描点。

即:

这是一个挺有开创性的方法!把不同的对象放在一个列表里面,下面在列表中绘制动点,似乎能够省一点事情。

第二步:计算出各段的点的路径值,并且描点

笔者解读:

(1)“列表分三段,每一段路径值都是三分之一”,这是ggb为了简化计算而做出的规定,即不论这个折线的各个路径(包括线段,圆弧等)多长,若有3段,则每一段路径值都是三分之一,若有4段,每一段路径值都是4分之一,依次类推……

(2)“这就相等于小学应用题的行程问题,总路程就是总路径值1,描点的时候要写的路径值s在每一段都是关于时间t的一次函数。”

这个解释其实仅适用于折线?因为路径参数有两个函数:

第二个才是一次函数。

当然这个例子的确可以这样解释。

(3)第一段,动点的速度是1,在线段AB上的动点的路径值都在0-1/3内。

即第一段的路径值一定是一个正比例函数:t / (3f),

当t = f,刚好达到点B(路径值为1/3),

所以:t ≤ f, 描点(l1, t / (3f))

(4)第二段:动点的路径值参数范围必须是(1/3,2/3)内,如何用滑动条t来表示这个路径值?

以第二段为例:\\起始点B对应的路程是\frac{1}{3},对应的时间点是t_1=\frac{f}{1},

第二段的实际速度是\frac{1}{3}÷t_2=\frac{2}{3c}。

根据\\点斜式写一次函数,s_2-\frac{1}{3}=\frac{2}{3c}(t-\frac{f}{1}).

所以第二段的路径值表达式是s_2=\frac{1}{3}+\frac{2}{3c}(t-\frac{f}{1})。

即:

这里写得比较复杂!几个概念搞得人云里雾里!

但是看到表达式反而很简单!

第二段的动点的路径值参数范围必须是(1/3,2/3)内,所

(5)第三段是线段g,速度是3,

动点的路径值必须是在(2/3,1)内,如何得到该段的路径参数呢?

如果不看“左右修竹”老师给出的答案,笔者直接口算,得到的动点在第三段的路径参数为:

这样最后得到动点P的指令是:

如果(t ≤ f, 描点(l1, t / (3f)), 如果(t ≤ f + c / 2, 描点(l1, 1 / 3 + 2(t - f) / (3c)), 描点(l1, 2 / 3 + (t - f - c / 2) / g)))

……

待续……

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