共直角頂點(diǎn) 先談兩個等腰直角三角形共直角頂點(diǎn)的情況. 情形一:左手拉左手,右手拉右手(手拉手全等模型) 連接左手A與左手C,連接右手B與右手D,則構(gòu)成了傳統(tǒng)意義上的“手拉手全等模型”,如下圖. 此圖有一些基本結(jié)論需要熟知. (1)形的角度:△AOC≌△BOD. 由∠AOB=∠COD=90°,易得∠AOC=∠BOD,結(jié)合OA=OB,OC=OD,易證△AOC≌△BOD(SAS).此為基本結(jié)論,需極其熟練! (2)線的角度:AC=BD且AC⊥BD. 筆者喜歡稱AC、BD為“拉手線”,這對拉手線的數(shù)量關(guān)系和位置關(guān)系均可由上述全等三角形間接證明. 設(shè)AC、BD交于E,∵△AOC≌△BOD,∴AC=BD,∠OAC=∠OBD,由下左圖中的“8字形AOBE”導(dǎo)角易證∠AEB=∠AOB=90°,即AC⊥BD. 同理,用下右圖中的“8字形CODE”導(dǎo)角亦可,不再贅述. “手拉手全等模型”若只理解到這個層面,則未免有種“始終在門外徘徊”的感覺,接下來嘗試從圖形變換的角度來重新認(rèn)識此圖. 以靜態(tài)視角看,△AOC與△BOD全等; 以動態(tài)視角看,△BOD可看成由△AOC繞公共頂點(diǎn)O逆時針旋轉(zhuǎn)90°而來,這就是一開始所說的兩組“共頂點(diǎn),等線段”結(jié)構(gòu)在起作用啊!正好為兩個三角形的旋轉(zhuǎn)提供了旋轉(zhuǎn)三要素,即旋轉(zhuǎn)中心、旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角. (3)角的角度:OE平分∠BEC,即∠BEO=∠CEO=1/2∠BEC=45°. 過O向∠BEC兩邊作雙垂,只需證明OG=OH,則OE平分∠BEC.而OG、OH分別為全等△AOC和△BOD對應(yīng)邊AC、BD上的高,當(dāng)然相等, 下面,再提供兩圖,可思考上述結(jié)論是否發(fā)生變化. 情形二:左手拉右手,右手拉左手(婆羅摩笈多模型) 連接左手A與右手D,連接右手B與左手C,則又構(gòu)成了所謂“婆羅摩笈多模型”,如下圖. 此模型一般有以下基本結(jié)論. (1)S△AOD=S△BOC. (2)取BC中點(diǎn)M,連接MO并延長交AD于N,則ON⊥AD,且OM=1/2AD.(中線變高) 即△BOC拉手線BC上的中線在位置關(guān)系上與另一△AOD拉手線AD垂直,數(shù)量關(guān)系上等于AD一半.
此題正面進(jìn)攻頗有難度,不妨從結(jié)論出發(fā),執(zhí)果索因.要證ON⊥AD,即要證∠1、∠3互余,而∠2、∠3已知互余,則只需證∠1=∠2, 根據(jù)結(jié)論OM=1/2AD可知,AD=OK,則△AOD和△OBK中,根據(jù)題目的結(jié)論和條件可知,OA=OB,∠1=∠2,AD=OK,則△AOD≌△OBK.當(dāng)然,這組全等只是我們借助要證明的結(jié)論和條件反向推導(dǎo)出來的一種客觀事實(shí),不過它可以幫助我們堅(jiān)定解決本題的方向,即證明△AOD≌△OBK(心中已確認(rèn)其全等,才敢堅(jiān)定去證明). 好了,重新理一下證明全等的思路. 易知∠AOD與∠BOC互補(bǔ), 當(dāng)然,倍長中線后若連接CK,如下圖,同理可證△AOD≌△KCO ,不再贅述. (3)過點(diǎn)O作ON⊥AD于N,延長NO交BC于M,則M為BC中點(diǎn),且OM=1/2AD.(高變中線) 即△AOD拉手線AD上的高所在直線必穿過另一條拉手線BC的中點(diǎn),且拉手線BC上的中線OM等于另一拉手線AD的一半. 此題正好跟(2)顛倒了一下條件和結(jié)論,這次就不逆推啦,太累!直接上8字干貨,“欲證中點(diǎn),先造平行”,而上題可總結(jié)為“已知中點(diǎn),倍長中線”,哈哈! 反思:好一個“欲證中點(diǎn),先造平行”啊!法一通過先造BK∥OC,便可先得△AOD≌△OBK,再得△KBM≌OCM這組平行8字形全等,順利導(dǎo)出中點(diǎn).跟(2)中一樣,也是通過2次全等,不過全等的證明順序剛好相反,個中趣味,請?jiān)俅误w悟! 反思:法二通過構(gòu)造兩次“K型全等”,巧妙轉(zhuǎn)移線段后再證8字全等,剛好也是2類全等. 更有趣的是,雙垂線BG與CH也平行??!雖是作了雙垂,本質(zhì)依舊是“造平行”,最后通過平行8字形全等導(dǎo)出中點(diǎn),多么痛的領(lǐng)悟??! 在情形一的“手拉手全等模型”中,我們能夠根據(jù)“共頂點(diǎn),等線段”結(jié)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換化靜為動,使問題的解決變得徹底!本題同樣具備“共頂點(diǎn),等線段”結(jié)構(gòu)啊,是否也能通過旋轉(zhuǎn)變換獲得解決呢?不妨一試. 如上圖,狠抓OA=OB這組“共點(diǎn)等線”結(jié)構(gòu),將△AOD繞點(diǎn)O逆時針旋轉(zhuǎn)90°至△BOD'處,顯然,∠DOD'=90°,則易知C、O、D'三點(diǎn)共線,而OD'=OD=OC,則BO是△BD'C的中線,由中線等分面積易知,S△BOD'=S△BOC,則S△AOD=S△BOC.呃,第一個結(jié)論竟然這樣被秒殺了!??! 當(dāng)然,還有如下3種旋轉(zhuǎn)方式,不再展開說明,請看: 更有趣的是,(2)和(3)中的結(jié)論也可瞬間秒殺!先看(2)中的中線變高的情形.在將△AOD旋轉(zhuǎn)90°至△BOD'處時,順便將ON也相應(yīng)旋轉(zhuǎn)至ON'處,如下圖所示. 同樣地,(3)中高變中線的情形也可順利解決. 反思:通過狠抓“共點(diǎn)等線”結(jié)構(gòu),進(jìn)行旋轉(zhuǎn)變換,使得原本分離的兩個三角形“接壤”,一下子將3個結(jié)論一網(wǎng)打盡,趣味橫生!可見,圖形變換是多么有用?。?/strong> 下面,再提供一個變式圖形. 依舊是等腰Rt△AOB與等腰Rt△COD共直角頂點(diǎn)O,只是兩個等腰直角三角形有重疊部分,依舊“左手A拉右手D,右手B拉左手C”. 不難發(fā)現(xiàn),前述3個結(jié)論依然成立.本質(zhì)相同,請自行探究,不再贅述.(特別提醒:∠AOD與∠BOC依舊互補(bǔ)) 共45°底角頂點(diǎn) 再談兩個等腰直角三角形共底角頂點(diǎn)的情況. 情形一:順序旋轉(zhuǎn),手拉手相似 如圖,等腰Rt△AOB和等腰Rt△COD共底角頂點(diǎn)O,且公共頂點(diǎn)O、直角頂點(diǎn)與另一底角頂點(diǎn)均按相同順序排列(如此圖均為順時針方向排列). 若將兩直角頂點(diǎn)A、C和另兩個底角頂點(diǎn)B、D相連,則構(gòu)成了經(jīng)典的“手拉手相似模型”,如下圖. 此模型包含以下兩個基本結(jié)論: (1)形的角度:旋轉(zhuǎn)相似必成對 △AOB∽△COD(老相似),△AOC∽△BOD(新相似). (2)線的角度:AC、BD的數(shù)量關(guān)系為AC:BD=OA:OB=OC:OD=1:根號2;AC、BD的位置關(guān)系為兩線夾的銳角=45°. 聯(lián)系前文“手拉手全等模型”,發(fā)現(xiàn)本質(zhì)上并無不同.從靜態(tài)視角看,△AOC∽△BOD;從動態(tài)視角看,△BOD可看作由△AOC繞公共頂點(diǎn)O順時針旋轉(zhuǎn)45°后,再以O(shè)為位似中心,同側(cè)放大根號2倍而來,即先旋轉(zhuǎn)變換,后位似變換. 當(dāng)然,BD也是由AC經(jīng)過相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)位似變換而來,故AC與BD的比值等于位似比,夾角等于旋轉(zhuǎn)角45°. 下面,再提供兩個變式圖形,供深入理解. 情形二:逆序腳拉腳 如圖,等腰Rt△AOB和等腰Rt△COD共底角頂點(diǎn)O,且公共頂點(diǎn)O、直角頂點(diǎn)與另一底角頂點(diǎn)逆序排列(如下圖中O、A、B為逆時針排列,而O、C、D為順時針排列). 不妨將B、D看作兩個等腰Rt三角形的兩只腳,連接兩腳,即形成了經(jīng)典的“腳拉腳模型”.再取拉腳線上的中點(diǎn)M,分別與兩直角頂點(diǎn)相連,則有結(jié)論AM=CM且AM⊥CM. 下面提供三種證法. 法一:倍長中線法 百思無果,實(shí)在無法建立AM與CM的聯(lián)系,想起“已知中點(diǎn),倍長中線”,干脆先倍長AM至K(如下左圖), 整理一下證明全等的思路,已知條件僅有CO=CD,由倍長中線可知,△KMD≌△AMB,則KD=AB=AO,這樣就有兩組對應(yīng)邊相等了,只需證明其夾角相等,即證∠AOC=∠KDC即可,此處的導(dǎo)角正是本題難點(diǎn). 倍長中線法本質(zhì)上就是起到轉(zhuǎn)移邊角的作用,倍長中線后形成的8字全等形,也可看成是△ABM繞點(diǎn)M旋轉(zhuǎn)180°得到,旋轉(zhuǎn)前后AB與KD不僅數(shù)量上相等,而且位置上平行,這種平行關(guān)系極其重要(可結(jié)合前文中“婆羅摩笈多模型”的導(dǎo)角再次體悟), 接下去順推即可,于是△OCA≌△DCK(SAS),∴CA=CK,∠ACO=∠KCD,∴∠ACK=∠ACO+∠OCK=∠KCD+∠OCK=∠OCD=90°,∴△ACK為等腰直角三角形,又AM=MK,∴AM=CM,AM⊥CM.證畢. 反思:題目較為復(fù)雜時,可先逆流而上,執(zhí)果索因,打通關(guān)節(jié)后再順流而下,勢如破竹.另外,導(dǎo)角時要善于從位置關(guān)系入手,解無定法,多反思,多總結(jié),方能融會貫通,靈活運(yùn)用! 法二:構(gòu)造共直角頂點(diǎn)手拉手 一般而言,共直角頂點(diǎn)的雙等直三角形手拉手模型更易掌握,此題難就難在共的是底角頂點(diǎn)而非直角頂點(diǎn),故考慮將其構(gòu)造成熟悉的共直角頂點(diǎn)模型,見下左圖: 反思:此法巧思妙構(gòu),將復(fù)雜問題轉(zhuǎn)化為熟悉的模型,再通過中位線溝通短邊AM、CM與長邊DE、BF之間的數(shù)量與位置關(guān)系,妙哉妙哉,是筆者最為推崇的一種解法. 法三:中位線法 反思:此法也是常見的中點(diǎn)處理策略,有中點(diǎn),取中點(diǎn),造中位線,困難之處依舊在于導(dǎo)角. 拓展延伸: 本文的初衷就是介紹共頂點(diǎn)的雙等直相關(guān)模型,本想就此結(jié)束,但考慮到腳拉腳模型平時極少有機(jī)會深入講解,不妨再拓展一下,供有興趣的同學(xué)繼續(xù)鉆研. 若將雙等腰直角三角形弱化為兩個逆序等腰三角形共底角頂點(diǎn),且頂角互補(bǔ),再連接另一組底角頂點(diǎn)并取中點(diǎn),則該中點(diǎn)與兩頂角頂點(diǎn)構(gòu)成直角三角形.
如上圖,△ABO中,AB=AO,△COD中,CO=CD,且∠OAB+∠OCD=180°,取BD中點(diǎn),則有AM⊥CM. 法一:倍長中線法 法二:構(gòu)造共直角頂點(diǎn)的相似三角形手拉手 反思:若是對“共直角頂點(diǎn)的雙相似三角形手拉手模型”的基本結(jié)論十分熟悉,則圖中的新相似△EOD∽△BOF是可以快速識別的,且從動態(tài)視角看,△BOF可看作由△EOD繞共點(diǎn)O先旋轉(zhuǎn)90°后位似變換而來,故BF亦是由ED旋轉(zhuǎn)90°而來,故ED⊥BF就是顯然的事情!認(rèn)識模型→熟悉模型→識別模型→應(yīng)用模型,這是一個循序漸進(jìn)的過程,偷不得懶喲! 法三:中位線法(類似上題法三,不再詳述) |
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