解决高考三视图中一类问题的新方法

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  [摘要]文章的方法来源于“牟合方盖”形成的过程,先通过一个视角,固定几何体的大致范围,这样可以简化几何体中的点、线的数量,排除了三视图中的“干扰视线”,使图形变得更简洁,起点更低;再依次结合其他两个三视图,即可确定几何体中所有的顶点,从而可以简捷地解决高考中三视图还原几何体的问题。
  [关键词]高考三视图;三视图还原几何体;新方法
  三视图是近几年来高考的热点,也是培养学生直观想象核心素养的重要载体。高考试题对三视图的考查主要包含以下题型:判断几何体的三视图、由三视图还原几何体并计算。张国治等[1]给出了由几何体的三视图还原几何体的一种通法,傅香平”[2]提供了三视图还原实物图的新视角。以上两种方法,有效地弥补了学生直观想象能力的不足。本文对一类三视图还原几何体问题给出了新的方法。
  三视图的规律:正(主)视图和俯视图的长相等;正(主)视图和侧(左)视图的高相等;侧(左)视图和俯视图的宽相等,即——“长对正,宽相等,高平齐”。
  本文中方法涉及题型为三视图中含有三角形的,若三视图中没有三角形,或者图形复杂的则可以用上文提到的两种方法求解。
  步骤如下:
  (1)由三视图中三角形所在视图入手,画出一个直三棱柱;
  (2)由三视图中另两个视图确定几何体的顶点;
  (3)连接幾何体的顶点,去掉辅助线,对比三视图进行验证。
  下面通过两个例题加以说明。
  1.角度一:从侧视图的三角形入手
  (3)连接几何体的顶点,即可将三视图还原为几何体(图1-4)。
  波利亚在《怎样解题》中指出:考虑解答的各个细节,并尽可能使它们显得简单;考虑解答中比较冗长的部分并尽可能使它们简短些;试着一眼就能看出整个解答;对你的解答中或大或小的部分进行改进,尝试改进你的整个解答,使它直观[3]。张国治根据三视图的概念和投影规律,先由“三等”关系画出正方体或长方体,再由逆投影作垂线段,利用“六向对应”关系及三视图中虚实线的交点,确定逆投影点,然后再利用垂线段交点和三视图中的虚实线段排除“可疑点”确定“最优点”,最后将“最优点”逐一连线得到还原后的几何体。该方法在实际操作过程中由于步骤多,“干扰视点”“干扰视线”多,构图复杂,由于学生的空间想象能力发展不充分,导致在处理复杂问题时耗时且易错。本文所述新方法正是对此方法的改进与简化,相较而言学生入手思维起点更低,步骤更加简洁,作图更直观,图中“干扰视点…干扰视线”明显减少,从而降低了思考难度。
  例2:将如图所示的三视图还原为几何体[2]。
  1.角度一:从正视图的三角形入手
  步骤如下:
  解析:(1)该几何体的三视图中正视图为三角形,故由此可以作出如图2-1所示直三棱柱ABC-A1B1C1;
  (2)由侧视图可以确定棱CC1,的中点D为该几何体的顶点,并可以排除点C,C1,再结合俯视图可以确定A1,B,B1,A1为该几何体的上的点;
  (3)连接几何体的顶点,即可得到原几何体(图2-2)。
  2.角度二:从侧视图的三角形入手
  解析:(1)题中三视图的侧视图为三角形,由此可以作出一个直三棱柱ABC-A1B1C1,如图2-3所示;
  (2)由正视图可以确定C1在该几何体上,并排除点C,由俯视图可以确定A,A1,B1,B为几何体的顶点;
  (3)连接几何体的顶点,如图2-4所示即该几何体的直观图。
  本题也可以从俯视图的三角形入手,此处不再赘述。
  解决高考中的三视图问题,关键在于还原几何体,在解题过程中必须要熟悉基本几何体(柱体、锥体、台体)的三视图。但三视图问题往往虚实结合,灵活多变,对空间想象能力有较高要求,很多考生感到无从下手,毫无方向。本文的方法来源于“牟合方盖”形成的过程:先通过一个视角,固定几何体的大致范围,这样可以简化几何体中的点、线的数量,排除了三视图中的“干扰视线”,使图形变得更简洁,起点更低,再依次结合其他两个三视图,即可确定几何体中所有的顶点,从而得到几何体。本文所述方法,虽然表达简洁,容易操作,但仍存在局限性,还需业内再多加探讨。
  [参考文献]
  [1]张国治,程似锦,席光煜,等.三视图还原几何体的一种高效通法[J].数学教学,2016(06):6-19.
  [2]傅香平三视图还原实物图的新视角[J].数学教学,2014(04):27-29.
  [3]波利亚.怎样解题[M].上海:上海科技教育出版社,2011:29
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