【分析】
1. 第(1)问:要拼成无缝隙、无重合的正方形,需结合完全平方公式的形式确定正方形边长为$ka+mb$($k,m$为正整数),再根据每种卡片至少取1张的要求,选择合适的$k,m$值,如$k=1,m=1$时边长为$a+b$,$k=2,m=1$时边长为$2a+b$,最后按边长对应的卡片数量拼图。
2. 第(2)问:正方形面积有两种表示方式,一是边长的平方,二是所用各型号卡片的面积和,通过两种表示相等可推导完全平方等式,体现完全平方公式的几何意义。
3. 第(3)问:设边长为$ka+mb$,根据每种卡片数量范围(1~10张),确定$k,m$的正整数组合,减去已有的两种组合,即可得到剩余可拼的正方形种类。
【解析】
(1) 拼得的两种正方形示意图如下:
图②(边长为$a+b$的正方形):
```
a a
a A B
b B C
```
(说明:左上角1张A型卡片,右上角、左下角各1张B型卡片,右下角1张C型卡片,组成边长为$a+b$的正方形)
图③(边长为$2a+b$的正方形):
```
a a b
a A A B
a A A B
b B B C
```
(说明:4张A型卡片组成$2a×2a$的正方形,右侧、下方各2张B型卡片,右下角1张C型卡片,组成边长为$2a+b$的正方形)
(2) 图②中:
正方形的面积既可以表示为$\boldsymbol{(a+b)^2}$,又可以表示为$\boldsymbol{a^2 + 2ab + b^2}$,所以可得等式:$\boldsymbol{(a+b)^2 = a^2 + 2ab + b^2}$。
图③中:
正方形的面积既可以表示为$\boldsymbol{(2a+b)^2}$,又可以表示为$\boldsymbol{4a^2 + 4ab + b^2}$,所以可得等式:$\boldsymbol{(2a+b)^2 = 4a^2 + 4ab + b^2}$。
(3) 还可以拼出4种不同的正方形。理由如下:
设拼得的正方形边长为$ka+mb$($k,m$为正整数),则正方形面积为$(ka+mb)^2 = k^2a^2 + 2kmab + m^2b^2$,其中A型卡片需$k^2$张,B型卡片需$2km$张,C型卡片需$m^2$张。
根据每种卡片至少1张且最多10张,可得:
$1≤ k^2≤10$,$1≤ m^2≤10$,$1≤2km≤10$。
符合条件的正整数$(k,m)$组合有:$(1,1)$、$(1,2)$、$(1,3)$、$(2,1)$、$(2,2)$、$(3,1)$,共6种。
除去图②对应的$(1,1)$和图③对应的$(2,1)$,剩余4种组合,因此还可拼出4种不同的正方形。
【答案】
(1) 示意图如解析所示;
(2) 图②:$\boldsymbol{(a+b)^2}$,$\boldsymbol{a^2 + 2ab + b^2}$,$\boldsymbol{(a+b)^2 = a^2 + 2ab + b^2}$;
图③:$\boldsymbol{(2a+b)^2}$,$\boldsymbol{4a^2 + 4ab + b^2}$,$\boldsymbol{(2a+b)^2 = 4a^2 + 4ab + b^2}$;
(3) 4种,理由如解析所述。
【知识点】
完全平方公式,正方形面积计算,数形结合思想
【点评】
本题以卡片拼图为载体,考查完全平方公式的几何背景,将代数恒等式与几何图形结合,体现了数形结合的数学思想。第(3)问需结合卡片数量限制分析边长组合,考查逻辑分析与分类讨论能力,有助于深化对完全平方公式的理解与应用。
【难度系数】
0.4