初中学生如何练好数学思维(数学巧算:最小值竟然是15!)

数形结合求最小值问题
引言: 数学家华罗根老先生曾言:“看黑板树缺形时少直观,形,少数时难入微。树形结合万般好,隔离分家万事休。” 这句话启发我们解决难题的着手点。当面对一个式子看不出头绪时,尝试通过图形来理解可能会有奇效。本文将通过一个问题来演示数形结合的思维方法。
问题: 若$a + B = 12$,求 $\sqrt{a^2 + 4} + \sqrt{49 + B^2}$ 的最小值。
分析: 首先,我们注意到 $\sqrt{a^2 + 4}$ 中的4不能直接表示为2的平方,但它看起来像勾股定理中的一部分。为了更好地理解,让我们构造一个直角三角形。假设$a + B = 12$,其中一条边是线段AB,其长度为12。其中,一小段是$a$,另一小段是$B$。
构造直角三角形: 我们想构造一个直角三角形,另一条边的长度可以表示为$\sqrt{a^2 + 2^2}$。所以,我们可以将其设为2,然后将这两条边连接起来,这条线段的长度就是$\sqrt{a^2 + 2^2}$。
接下来,我们考虑另一部分 $\sqrt{49 + B^2}$,为了构造它,我们需要一条长度为7的直角边。我们将其放在另一边,这样老师给出的线段的长度就是$\sqrt{49 + B^2}$。
最小值求解: 现在我们的目标是使$\sqrt{a^2 + 2^2}$ 和 $\sqrt{49 + B^2}$ 的和最小。我们发现,只有当它们在一条直线上时,和才最小。这时,我们只需要连接MN这条线段。
这个道理可以用三角形中第三边小于两边之和来解释,或者说两点之间的最短距离是直线。因此,最小值就是线段MN的长度。
最终计算: 现在,我们可以进行计算。将AB挪下来,长度为12。将AM挪过来,长度为2。那么,直角边是9,12,MN就是15。
结论: 最终结果为15。通过数形结合的方法,我们轻松求得了问题的最小值。希望这个例子能帮助你理解并掌握这一思维方法,数学学习愉快!
