例说立体几何中的动态问题

发表时间:2021/1/15   来源:《中小学教育》2020年第29期   作者:茶开妍
[导读] 立体几何中的“动态问题”,是指空间图形中的某些点、
        茶开妍
        昆明市第十四中学    
        立体几何中的“动态问题”,是指空间图形中的某些点、线、面的位置关系是不确定的,可变的一类开放问题。对学生来说,解决这类问题,对其空间想象能力,逻辑推理能力的要求更高,难度一般比较大。但又因为这类问题是可变的,开放的,更有助于学生空间想象能力及综合思维能力的培养。这类问题往往把立体几何知识和其他部分的知识有机地结合起来,解决问题的关键就是转化与化归,把空间问题转化为平面问题来解决。本文归纳了几类动态问题,希望对大家解决立体几何中的动态问题有所启发。
一、与轨迹有关的动态问题

        连结,可证,即,即点E是体对角线上的定点,直线AE也是定直线.,∴动点P必定在线段AE的中垂面上,则中垂面与底面的交线就是动点P的轨迹,所以动点P的轨迹是线段.故选A
例2:在正方体中,点是侧面内一个动点,它到直线与直线的距离相等,则动点的轨迹所在曲线是 (    )
        A.直线        B.圆    C.椭圆的一部分    D.抛物线的一部分
         解析:本题是立体几何与解析几何相结合的一道题目,学生难在空间问题如何转化为平面问题,即解析几何问题。这里动点到直线的距离易作出,难在到直线的距离的距离是什么。因垂直平面,所以,即点到点的距离与到直线的距离相等。所以动点在侧面内的轨迹是一段抛物线。
         评注:动点轨迹主要是把空间的关系转化为平面内动点所具有的特性。这类问题综合了平面几何、立体几何、解析几何等知识,渗透了数形结合思想,转化与化归思想,分类讨论思想,对第一次碰到此类问题的学生有较好的检测功能。
二、与距离有关的动态问题
例3 :如图,在棱长为2的正方体中,点是的中点,动点在底面内(不包括边界),若平面,则的最小值是(    )


   

评注:本题考查立体几何中动点轨迹及最值的求解问题,关键是能够通过面面平行关系得到动点的轨迹,从而找到最值取得的点.
例4:长方体中,且,一只小虫子从点沿长方体的表面爬到点处,则小虫子的最短行程是多少?

四、与折叠有关的动态问题
例7:如图,已知矩形ABCD中,AB=2AD,E为边AB的中点,将△ADE沿直线DE翻折成△A1DE,若M是线段A1C的中点,则△ADE在翻折过程中,下列命题:

        取的中点,连接,易知四边形为平行四边形,所以①正确,④不正确;
由于线段BM的长是定值,所以在以为球心的球面上,③不正确;
不妨设,由题意可得,,所以,即;
若②成立,可得平面,此时,矛盾,故②不成立。故选A.
评注:翻折问题的处理关键是要抓住折叠前后的不变量,达到以静制动的效果,不变元素可结合原平面图中求解,变化了的元素应在折后立体图形中来求证。
五、与函数有关的动态问题
例8:如图,四棱锥的底面是边长为2的正方形,平面,且,是上的一个动点,过点作平面平面,截棱锥所得图形面积为,若平面与平面之间的距离为,则函数的图象是( )

评注:点、线、面的变化必然导致位置关系或一些量的变化,在具体问题中,让变量变化,考虑由此变化所引发的其他量的变化,构建目标函数,则可将立体几何问题用函数方法来解决。
        立体几何动态问题的类型较多,本文所呈现的是其中较为常见的几种。对于立体几何中的动态问题,教师要引导学生克服惧怕心理,多加练习,在具体解题时,要善于从多角度思考,寻求运动变化的实质,从而使问题获得灵活解决,。
        
        参考文献:童志明   立体几何中的运动问题   中学数学研究 2007年第七期
        
       
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