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解題篇:折出問題的答案

2018-11-20 02:15
新高考·高二數(shù)學(xué) 2018年1期
關(guān)鍵詞:輔助線平分線折痕

【編者的話】折紙是人們業(yè)余生活中喜聞樂見的一項(xiàng)娛樂休閑活動.但是在常博士這里,它還有助于某些數(shù)學(xué)題目的求解.這真是令人意想不到的好事!

那就讓我們一起去看看吧,希望能對你的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)有所幫助.

平面幾何是一門較難的學(xué)問,因?yàn)橐活}一個(gè)解法,且輔助線不易想到,下面就是一道有一定難度的問題:

題目一

如圖1,已知等腰直角三角形△ABC以及經(jīng)過直角頂點(diǎn)A的直線EF.如果BE∥CF,求證:AE2+AF2 =BE2+CF2.

分析此題目,與證明有關(guān)聯(lián)的4個(gè)量似乎離得比較遠(yuǎn),尤其EB和FC這兩條線段.再來看結(jié)論像是和勾股定理有關(guān)系,但是圖中并沒有含這些邊的直角三角形,所以我們知道此題不添輔助線是斷難解出的,

但是如果我們用折紙來找思路,可以繞開輔助線,直搗黃龍!將圖1打印在紙上,剪下來把玩一番(打印機(jī)不湊手,可以畫一個(gè)圖來剪).通過折疊我們?nèi)菀装l(fā)現(xiàn),可以讓BE,EA,AF,F(xiàn)C這四條邊“聚首”:將AB折到AC上,同時(shí)外翻AB,AC成山折,結(jié)果如圖2.

通過這些折紙的操作,原來的三角形ABC不見了,出現(xiàn)了一個(gè)新的四邊形AFCE.所證的結(jié)論轉(zhuǎn)化為證明∠EAF=∠ECF=90°,這個(gè)是不難證明的.證明留給讀者了!

無獨(dú)有偶,我們再看一題,

題目二

如圖3,△ABC中,M是BC中點(diǎn),ME⊥MF,且ME =MF.求證:AE2+ EB2 =AF2+ FC2.

如同第一題一樣,需要構(gòu)造直角方能利用勾股定理.故技重施,打印圖形來把玩一番吧!結(jié)果發(fā)現(xiàn),如果照下面四步折,問題的答案就浮出水面了.

1.過EF折一道山線,將角A折到后面.

2.過EM折一道谷線.

3.過MF折一道谷線,這時(shí)角B和角C翻折后會合為一點(diǎn)(為何能會合?).

4.將紙片翻過來,

現(xiàn)在,我們從圖4的示意中看到結(jié)果是一個(gè)四邊形,并且有兩個(gè)相對的角是直角.于是和第一題一樣,問題迎刃而解了!證明過程留給讀者.

題目三

已知△ABC中,∠A =100°,∠C=30°,在AC上截取AD =AB,連結(jié)BD.求證:BD =AC.

同上題一樣,貌似簡單的題目一碰即知其難啃的本質(zhì).不過當(dāng)紙片在手,任人“折磨”的時(shí)候,難題不免要低頭了.怎么折呢?常規(guī)思路是把兩條要證明相等的線段化到一起去比較.所以最自然的想法是折出∠ABD的角平分線將AB(長度等于AD)搬到BD上;同時(shí),折出∠CDB的角平分線,將CD搬到DB上,結(jié)果發(fā)現(xiàn)如圖6的現(xiàn)象.

實(shí)驗(yàn)不但佐證了結(jié)論,也給了我們進(jìn)一步探尋的方向:兩個(gè)折起的角碰到一起的地方有什么講究?打開紙片,折底邊中垂線,發(fā)現(xiàn)折痕剛好經(jīng)過會合點(diǎn).

最終,我們嘗試發(fā)現(xiàn)有三個(gè)全等的等腰三角形(△ABG,△FBG,△CFD),如圖8所示那樣嵌入到三角形ABC中.BD邊上放置了底邊和一腰,而AC=AD+DC正好也等于該等腰三角形的底邊和一腰.至此問題全部解決,

簡證:在AB邊上向內(nèi)作等腰三角形ABG,使得∠ABG=∠GAB=20。.沿著BG翻折△ABG得到△FBG,則F在BD上(為什么?).同時(shí)折痕BE交AC于E.

連結(jié)EF,易證∠AEB=∠BEF =60°,所以EF平分角∠BEC.又∠EBC=∠C=30°,故EF是等腰△BEC的對稱軸.沿著EF翻折△BGF得到△CDF.至此通過翻折兩次我們得到了三個(gè)全等的等腰三角形.剩下的就是簡單的算術(shù)題了,

題目四

如圖9,在△ABC中,∠A=20°,AB=AC,∠BCD=50°,∠CBE=60°.求證:∠BED=30°.

此題看似友善,但卻是名副其實(shí)的難題,在網(wǎng)上流傳甚廣.有人用角格點(diǎn)來歸類,用正弦定理來求解.也有的人添正三角形輔助線來求解.無論如何過程和方法都不簡單.

然而,如果用折紙來探尋解題思路,就會有如庖丁解牛般“秒殺”.

步驟:

1.打印這個(gè)圖,剪下備用.

2.試著找找紙片的形狀中隱藏的等量關(guān)系.不經(jīng)意間你會發(fā)現(xiàn)BC =BD.發(fā)現(xiàn)這個(gè)相等量只要折出∠ABC的角平分線便可發(fā)現(xiàn)C,D重合(當(dāng)然,證明也很簡單).如圖10.

3.這時(shí),敏銳的觀察者會有一個(gè)發(fā)現(xiàn):如圖11所示,這里有了三個(gè)60°角(為什么)!

4.驚喜之余,好事連連!通過翻折發(fā)現(xiàn)原圖中的DE在圖13中也是∠ADF的角平分線!

5.現(xiàn)在的思路形成了——如果觀察屬實(shí),所有問題就迎刃而解:∠ADE =50°,∠ABE=20°,所證成立.可是第4步發(fā)現(xiàn)的角分線如何證明呢?

6.打開所有折痕,還有一個(gè)發(fā)現(xiàn),BE是第一道折痕與BD的夾角的角平分線,

已知若干個(gè)角平分線,要證一條線也是角平分線,如此多的角平分線強(qiáng)烈暗示我們,要用三角形旁切圓性質(zhì),

簡證:點(diǎn)E是△BDF的∠DBF的角平分線上的點(diǎn),也是外角∠DFG角平分線上的點(diǎn),所以它一定也在另一外角∠ADF的角平分線上,即得證,

上述4道題,借助折紙可以幫助我們探明解題的方向,甚至直接得出題目的解,真是“小小紙張,變化萬方”!同時(shí)也告訴我們,平時(shí)解題時(shí),不妨膽子大一些,多嘗試,細(xì)分析,說不定就會有所收獲,

特別提醒:數(shù)學(xué)解題是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?,找到了方法,還必須用規(guī)范的數(shù)學(xué)語言將其嚴(yán)格證明出來,本文的論述只是解題思路的展示,嚴(yán)格的證明就請同學(xué)們自己寫一寫,

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