Phần mềm hỗ trợ dạy toán

1 SKKN : ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATHCAD VÀ GEOGEBRA GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN HÌNH GIẢI TÍCH PHẦN MỞ ĐẦU I. Bối cảnh của đề tài : Trong các năm học gần đây Bộ Giáo dục và Đào tạo đã phát động và khuyến khích việc đổi mới phương pháp giảng dạy theo hướng phát huy tính tích cực của học sinh, đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy, do đó mỗi thầy cô giáo cả nước đang cố gắng làm và phát huy việc ứng dụng công nghệ thông tin để hỗ trợ cho việc dạy và học. Mỗi giáo viên cần ph ảI có những biện pháp, phương tiện thích hợp để cảI tiến việc dạy và học sao cho kết quả đạt được ngày càng nhiều hơn, ít tốn thời gian hơn, và học sinh ham thích học tập hơn. Hoà vào xu thế đó , tôi cố gắng ứng dụng công nghệ thông tin vào việc giải toán là nghiên cứu dùng các phần mềm toán học Mathcad, GeoGebra để giải một số bài toán một cách tự động, tạo ra các bài toán tương tự có th ể dùng làm các đề trắc nghiệm khác nhau nhưng có chất lượng như nhau, sáng tạo ra các bài toán mới dành cho thi đại học, thi học sinh giỏi, thi máy tính bỏ túi … II. Lý do chọn đề tài - Bài toán hình giải tích có liên quan về đường phân giác, trung tuyến, đường cao trong tam giác là một bài toán thường gặp trong các kì thi đại học, thi học sinh giỏi máy tính bỏ túi thường được cho với nhiều dạng khác nhau . Học sinh đã được trang bị kiến thức về phương trình đường thẳng từ lớp 10 nhưng đến lớp 12 thì đã quên khá nhiều và các em rất lúng túng trong cách giải quyết và thậm chí là mất khá nhiều thời gian vẫn không giải quyết được. - Trong sáng kiến kinh nghiệ m này tôi xin đóng góp một số bài toán và phương pháp giải quyết các bài toán hình giải tích có liên quan đến đường phân giác trong tam giác; sử dụng phần mềm Mathcad để tạo ra các bài tập tương tự cho học sinh luyện tập, dùng phần GeoGebra để kiểm chứng, từ đó nâng cao được khả năng giải quyết các bài toán thuộc dạng này. III. Phạm vi và đối tượng của đề tài : Đối tượng nghiên cứu của tôi là một số bài toán và phương pháp giải quyết các bài toán hình giải tích có liên quan đến đường phân giác trong tam giác, đường phân giác của góc tạo bởi hai đường thẳng, đường phân giác của góc nhọn, góc tù và vận dụng giải toán hình giải tích phẳng ở đề thi đại học. Đề tài được áp dụng cho các học sinh lớp 10, lớp12 luyện thi đại học. IV. Mục đích nghiên cứu : - Góp phần giải quyết một số các bài toán hình giải tích có liên quan đến đường phân giác trong tam giác, đường phân giác của góc tạo bởi hai đường thẳng, đường phân giác của góc nhọn, góc tù và vận dụng giải toán hình giải tích phẳng ở đề thi đại học; sử dụng phần mềm Mathcad, GeoGebra để tạo ra các bài tập tương tự 2 cho học sinh luyện tập từ đó nâng cao được khả năng giải quyết các bài toán thuộc dạng này trong các đề thi Đại học. - Đề tài cũng quan tâm đến vấn đề tạo bài tập tương tự bằng các phép biến hình. Việc này cũng rất cần thiết cho giáo viên tự tạo ra các bài toán có độ khó tương đương nhằm tạo nguồn bài tập cho học sinh thực hành, tạo thư viện bài toán cho học sinh ki ểm tra trắc nghiệm với các bài toán tương đương . Việc này giúp giáo viên hạn chế được sự sao chép bài làm kiểm tra lẫn nhau giữa các học sinh , góp phần phản ánh đúng trình độ học sinh hơn V. Điểm mới trong kết quả nghiên cứu : - Ứng dụng được phần mềm Mathcad, GeoGebra để giải quyết bài toán hình học giải tích nói chung và lớp bài toán về đường phân giác, trung tuyến, đường cao trong tam giác trong tam giác nói riêng đối với một số bài toán thi đại học, thi học sinh giỏi máy tính cầm tay. -Ứng dụng được phần mềm Mathcad , GeoGebra sáng tạo được các bài toán mới, nhanh chóng, hiệu quả và cho kết quả chính xác. PHẦN NỘI DUNG I. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TRẠNG CỦA VẤN ĐỀ : I.1.Thực trạng của vấn đề : Xin nêu ra một số bài toán hình giải tích có liên quan đến đường phân giác trong tam giác trong một số đề thi đại học : Bài 1 : Viết phương trình ba cạnh của tam giác ABC trong mặt phẳng Oxy, cho biết đỉnh C(4;3), đường phân giác trong và đường trung tuyến kẻ từ một đỉnh của tam giác có phương trình lần lượt là : x + 2y – 5 = 0 và 4x + 13y – 10 = 0 . (Trích đề thi đại học Huế 2001) Bài 2 : Trong mặt phẳng cho ba điểm A(-1;7), B(4; -3), C(- 4;1). Viết phương trình đường tròn nội tiếp tam giác ABC. ( Trích đề thi đại học Ngoại Ngữ Hà Nội 2001) Bài 3 : Cho tam giác ABC có A(2; -1) và các đường phân giác trong góc B và C lần lượt có phương trình : x – 2y +1 = 0; x+y + 3 = 0. Tìm phương trình đường thẳng BC . ( Trích đề thi Học viện Quan hệ Quốc tế – 2000) Bài 4 : Trong mặt phẳng với hệ toạ độ Oxy cho đường tròn 22 4 ():( 2) 5 −+=Cx y và hai đường thẳng 1: 7 0Δ−=xy , 2: 0 Δ −=xy .Xác định toạ độ tâm K và tính bán kính đường tròn 1 ()C ; biết đường tròn 1 ()C tiếp xúc với các đường 1 Δ , 2 Δ và có tâm K thuộc đường tròn ()C . ( Trích đề thi đại học khối B 2009) Bài 5 : Trong mặt phẳng toạ độ Oxy, cho tam giác ABC vuông tại A, có đỉnh C(− 4; 1), phân giác trong góc A có phương trình x + y − 5 = 0. Viết phương trình đường thẳng BC, biết diện tích tam giác ABC bằng 24 và đỉnh A có hoành độ dương. (Trích đề thi ĐH khối B _2010) 3 Thc t ging dy nu giỏo viờn khụng ụn tp cho hc sinh mt cỏch cú h thng cỏc kin thc v phng trỡnh ng thng lp 10 thỡ cỏc em s khụng gii c nhng bi toỏn dng trờn. Nhng bi toỏn ny phi vn dng linh hot cỏc kin thc ó hc lp 10 m a s hc sinh lp 12 ó quờn hoc ch nh m h . Do ú vic dnh thi gian nh t nh ụn tp cho cỏc em l rt cn thit. I.2.C s lý lun : Hc sinh cn ụn tp li cỏc kin thc v phng trỡnh ng thng trong mt phng v mt s kin thc sau : a) Tớnh cht ca ng phõn giỏc trong tam giỏc : AD laứ phaõn giaực trong, AE laứ phaõn giaực ngoaứi goực A ca tam giỏc ABC thỡ == = J JJG JJJG JJJGJJJG ; DB AB EB AB AB D BDCEBEC DC AC EC AC AC b) Tớnh cht ca phộp i xng qua ng phõn giỏc: Nu im M nm trờn ng thng AC , gi M l im i xng ca M qua phõn giỏc AD hoc AE thỡ M phi thuc v ng thng AB. c) Phng trỡnh cỏc ng phõn giỏc ca mt gúc : Trong mp Oxy cho hai ng thng d1 v d2 cú phng trỡnh : 111 222 1: 0 ; 1: 0daxbyc daxbyc++= ++= ct nhau thỡ phng trỡnh cỏc ng phõn giỏc ca gúc to bi d1 v d2 l : 111222 22 22 11 2 2 ax by c ax by c ab ab ++ ++ = ++ d) V trớ tng i ca hai im i vi mt ng thng : Trong mp Oxy cho ng thng :0dax byc + += v hai im (;),(;) M MNN Mx y Nx y . M v N nm khỏc phớa i vi d ().()0 MM NN ax by c ax by c + +++< M v N nm cựng phớa i vi d ().()0 MM NN ax by c ax by c + +++> III. Cỏc bin phỏp tin hnh gii quyt vn : 4 III.1 Các bước tiến hành : • Đối với bài toán phải xác định chân đường phân giác : Trong mp Oxy cho tam giác ABC đã biết tọa độ A, B, C . Gọi D là chân đường phân giác trong kẻ từ đỉnh A của tam giác ABC Ta có thể tìm tọa độ điểm D từ công thức : =− JJJG JJJG AB D BDC AC Gọi E là chân đường phân giác ngoài kẻ từ đỉnh A của tam giác ABC Ta có thể tìm tọa độ điểm E từ công thức : = JJJGJJJG AB E BEC AC • Tìm phương trình đường phân giác góc tạo bởi hai đường thẳng : Một số trường hợp : • Xác định phương trình các đường phân giác của góc tạo bởi hai đường thẳng 12 ,ΔΔ : Dùng công thức 111222 22 22 11 2 2 ax by c ax by c ab ab + +++ =± ++ ta tìm được phương trình hai đường phân giác là d1 và d2. • Xác định phân giác góc nhọn, phân giác góc tù của góc tạo bởi hai đường thẳng 12 ,ΔΔ : có nhiều phương pháp , ở đây chỉ nêu một phương pháp chẳng hạn : ta tìm phương trình hai đường phân giác là d1 và d2 sau đó tính số đo góc giữa 1 Δ và d1; nếu số đo này nhỏ hơn 0 45 thì d1 là phân giác góc nhọn ; nếu số đo này lớn hơn 0 45 thì d1 là phân giác góc tù . Ngoài ra cũng có thể dùng véc tơ đơn vị để tìm phương trình phân giác góc nhọn hay tù của góc tạo bởi 2 đường thẳng : Giả sử 12 ,ΔΔ cắt nhau tại A, trên 12 , Δ Δ ta lấy các véc tơ đơn vị , A BAC JJJGJJJG 5 Sau đó dựng hình thoi ABDC thì A D J JJG là véc tơ chỉ phương của đường phân giác trong d1 ( nếu .0AB AC > JJJG JJJG thì góc n B AC là góc nhọn ), còn CB JJJG là véc tơ chỉ phương của đường phân giác d2. Từ đó viết được phương trình của d1 và d2. • Đối với bài toán phải xác định phương trình đường tròn nội tiếp tam giác : Cách 1 : có thể tìm phương trình phân giác trong AD, phương trình phân giác trong BK của tam giác ABC , tâm đường tròn nội tiếp là giao điểm của AD và BK. Bán kính đường tròn nội tiếp là khoảng cách từ I đến BC. Cách 2: có thể tìm tọa độ điểm D, gọi I là tâm đường tròn nội tiếp thì I là chân đường phân giác trong kẻ từ B của tam giác ABD nên ta có =− J JG J JG BD DA I I BA từ đây suy ra tọa độ điểm I. • Đối với bài toán phải xác định tọa độ đỉnh hoặc phương trình cạnh của tam giác: Sử dụng tính chất của phép đối xứng qua đường phân giác: chẳng hạn nếu điểm M nằm trên đường thẳng AC , gọi M’ là điểm đối xứng của M qua phân giác AD hoặc AE thì M’ phải thuộc về đường thẳng AB; từ đó kết hợp với các giả thiết còn lại của bài toán như đường trung tuyến, đường cao, diện tích, trọng tâm, chân đường cao , để tìm ra các đỉnh hoặc các cạnh mà đề bài yêu cầu. III.2 Các ví dụ minh họa : Vấn đề 1 : Tìm toạ độ chân đường phân giác trong và ngoài góc A của tam giác ABC trong mặt phẳng Oxy Đầu tiên ta lập hàm tìm tọa độ điểm M chia đoạn AB ( đã biết tọa độ A, B) như sau : 6 Bài 1 : Trong mặt phẳng với hệ trục toạ độ Oxy cho tam giác ABC có A(2;4), B(1; 3), C(5; 1) . Tìm toạ độ điểm D và điểm E chân đường phân giác trong và ngoài góc A của tam giác ABC. Tìm phương trình phân giác trong AD và phân giác ngoài AE. Phương pháp giải như đã nêu ở phần trên. Bây giờ ta dùng phần mềm Mathcad để giải bài toán. 7 Ta có thể dùng phép tịnh tiến và đối xứng để biến đổi số liệu của bài toán ban đầu thành bài toán khác có độ khó ngang bằng với bài toán ban đầu. Cách làm này cho ta tạo ra nhiều bài tập trắc nghiệm với kết quả tương tự giúp giáo viên tạo nhiều đề khác nhau có chất lượng ngang nhau. Bài 2 : Trong mặt phẳng với hệ trục toạ độ Oxy cho tam giác ABC có A(0;5), B(-1; 4), C(3; 2) . Tìm toạ độ điểm D và điểm E chân đường phân giác trong và ngoài góc A của tam giác ABC. Tìm phương trình phân giác trong AD và phân giác ngoài AE. Có thể kiểm tra lại kết quả bằng GeoGebra bằng cách nhập toạ độ A, B, C . Dùng công cụ vẽ đường phân giác ta có kết quả như sau : Tương tự ta có các bài toán sau : 8 Bài 3 : Trong mặt phẳng với hệ trục toạ độ Oxy cho tam giác ABC có A( 3 2 ;3), B( 1 2 ; 2), C( 9 2 ; 0) . Tìm toạ độ điểm D và điểm E chân đường phân giác trong và ngoài góc A của tam giác ABC. Tìm phương trình phân giác trong AD và phân giác ngoài AE. 2) Sau đây ta thay đổi các giá trị nhập vào một cách ngẫu nhiên, kết quả đa phần là số có chứa căn nhưng Mathcad vẫn tính ra kết quả chính xác, các bài toán này thường dùng cho thi máy tính bỏ túi lấy kết quả gần đúng : Bài 4 : 9 Kiểm tra kết quả bằng phần mềm vẽ đồ thị GeoGebra như sau : 10 Vaán ñeà 2 : Tìm phương trình đường phân giác góc nhọn, góc tù Bài 1 : Trong mặt phẳng với hệ trục toạ độ Oxy cho hai đường thẳng 1, 2ΔΔ có phương trình 3x +4y +5 = 0, 4x+3y + 3 = 0. Tìm phương trình các đường phân giác của góc tạo bởi 1, 2ΔΔ . Chỉ rõ phương trình phân giác góc nhọn. Ta giải kết hợp với Mathcad như sau : Trên hình vẽ ta thấy d1 là phân giác góc tù, d2 là phân giác góc nhọn. Thay đổi a1, b1, c1, a2, b2, c2 ta có kết quả do Mathcad giải ra như sau : . công nghệ thông tin vào việc giải toán là nghiên cứu dùng các phần mềm toán học Mathcad, GeoGebra để giải một số bài toán một cách tự động, tạo ra các bài toán tương tự có th ể dùng làm các. đã nêu ở phần trên. Bây giờ ta dùng phần mềm Mathcad để giải bài toán. 7 Ta có thể dùng phép tịnh tiến và đối xứng để biến đổi số liệu của bài toán ban đầu thành bài toán khác. bài toán thi đại học, thi học sinh giỏi máy tính cầm tay. -Ứng dụng được phần mềm Mathcad , GeoGebra sáng tạo được các bài toán mới, nhanh chóng, hiệu quả và cho kết quả chính xác. PHẦN