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善思變 變則通

2024-05-26 00:00:00王秋憶
初中生世界·九年級 2024年5期
關(guān)鍵詞:菱形勾股定理邊長

我們常說“數(shù)學來源于生活,又應用于生活”,其實中考題是“來源于教材,又高于教材”。下面我們從教材的原題出發(fā),漫步到中考題,一起讀懂四邊形的“折疊”。

原題呈現(xiàn) 【蘇科版數(shù)學八年級下冊第95頁21題(1)】在矩形紙片ABCD中,AB=6,BC=8。 將矩形紙片沿BD折疊,點A落在點E處(如圖1),設DE與BC相交于點F,求BF的長。

解:設BF=x。由題意,得∠FDB=∠ADB=∠DBF。于是DF=BF,F(xiàn)C=BC-BF=8-x。在Rt△DFC中,由勾股定理得62+(8-x)2=x2,解得x=6.25。

【點評】本題主要考查四邊形折疊求長度的問題,這也是中考常見的題型。主要涉及的方法是勾股定理,值得我們關(guān)注的是:①用于勾股定理的直角三角形一般是折疊產(chǎn)生的直角三角形,且它的三邊均能由已知條件來表示;②設未知數(shù)來表示圖中線段時,一般來說,我們的原則是“問什么,就設什么”,而用x表示線段長度這一步驟的核心就是要明確圖中線段之間的數(shù)量關(guān)系。

變式1 (2023·江蘇揚州)如圖2,已知正方形ABCD的邊長為1,點E、F分別在邊AD、BC上,將正方形沿著EF翻折,點B恰好落在CD邊上的點B′處,如果四邊形ABFE與四邊形EFCD的面積比為3∶5,那么線段CF的長為 。

【分析】這是一道正方形折疊問題,我們可以沿用“原題”中提及的思想方法:第一步,設CF=x;第二步,鎖定折疊產(chǎn)生的Rt△B′FC。接下來,我們要做的,就是根據(jù)條件想辦法,用x表示Rt△B′FC中各邊的長度,然后依據(jù)勾股定理列方程求解即可。

解:如圖3,連接BB′,過點F作FH⊥AD于點H,則∠AHF=∠DHF=90°。

∵四邊形ABCD是正方形,∴∠A=∠ABC=∠C=∠D=90°。從而四邊形ABFH和四邊形DCFH均為矩形。

∵正方形ABCD的邊長為1,四邊形ABFE與四邊形EFCD的面積比為3∶5,

∴S四邊形ABFE=[38]×1=[38]。

設CF=x,則DH=x,BF=1-x。

∴S四邊形ABFE=[12](AE+BF)×AB=[38],

即[12](AE+1-x)×1=[38]。

∴AE=x-[14]?!郉E=1-AE=[54]-x。

∴EH=ED-HD=[54]-x-x=[54]-2x。

∵沿EF折疊,∴BB′⊥EF。

∴∠1+∠2=90°。

∵四邊形ABFH是矩形,

∴∠BFH=∠2+∠3=90°?!唷?=∠3。

又∵FH=BC=1,∠EHF=∠C,

∴△EHF≌△B′CB(ASA)。

∴B′C=EH=[54]-2x。

在Rt△B′FC中,B′F2=B′C2+CF2,則(1-x)2=x2+([54]-2x)2。解得x=[38],即CF=[38]。

【點評】本題“高于”教材原題的地方在于圖中的線段關(guān)系更為復雜:一方面,要根據(jù)已知的“面積”條件得到四邊形ABFE(或四邊形EFCD)的面積,從而找到AE與BF的關(guān)系(或者DE與CF的關(guān)系);另一方面,需要結(jié)合折疊性質(zhì)以及正方形的性質(zhì),通過證明三角形全等得到EH與B′C是相等的,最終才能在Rt△B′FC中順利運用勾股定理建立方程求解。

變式2 (2023·江蘇無錫)如圖4,四邊形ABCD是邊長為4的菱形,∠A=60°,點Q為CD的中點,P為線段AB上的動點,現(xiàn)將四邊形PBCQ沿PQ翻折得到四邊形PB′C′Q。當∠QPB=45°時,求四邊形BB′C′C的面積。

【分析】這是一道菱形折疊問題,雖然是求四邊形BB′C′C的面積,但由折疊性質(zhì)可知,BB′與CC′均與PQ垂直,所以四邊形BB′C′C實為梯形,本質(zhì)還是要求線段長度。另外,我們看到,題目所給圖形是不符合∠QPB=45°這個條件的,因此我們首先要自己畫出示意圖,這是難點之一。我們還要看到這道題與“原題”的不同:由于圖形變成了菱形,在原圖中,我們無法看到折疊產(chǎn)生的直角三角形,因此,我們必須深挖圖中的直角三角形在哪。如,我們連接BD、BQ,根據(jù)菱形的性質(zhì)以及特殊角60°,可得△BDC為等邊三角形,而點Q為中點,因此BQ⊥DC;又如,折疊產(chǎn)生了45°角,那么∠B′PB=90°。這樣,用于計算邊長的直角三角形就找到了。

解:根據(jù)題意作出圖5,連接BD、BQ,延長PQ交CC′于點F。

∵四邊形ABCD為菱形,

∴CB=CD=4,∠A=∠BCD=60°。

∴△BDC為等邊三角形。

∵Q為CD中點,∴CQ=2,BQ⊥CD。

∴BQ=[23],QB⊥PB。

∵∠QPB=45°,

∴△PBQ為等腰直角三角形。

∴PB=[23],PQ=[26]。

∵沿PQ翻折,∴PE⊥BB′,∠B′PQ=∠BPQ=45°,PB′=PB=[23]?!唷螧PB′=90°?!郆B′=[26],PE=[6]。

同理:由CQ=C′Q=2,∠FQC=∠QPB=45°,知△CQC′為等腰直角三角形,且QF⊥CC′?!郈C′=[22],QF=[2]?!郋F=PQ+QF-PE=[26]+[2]-[6]=[6]+[2]。

∵沿PQ翻折,∴PF⊥BB′,PF⊥CC′?!郆B′∥CC′?!嗨倪呅蜝B′C′C是梯形。

∴S四邊形BB′C′C=[12](BB′+CC′)·EF=[12]×([26]+[22])×([6]+[2])=8+[43]。

【點評】本題“高于”教材題的地方在于:一是我們要通過想象和分析,將折疊圖形可視化,也就是自己畫出示意圖,有了直觀的圖形,我們才能更好地解決問題;二是本題折疊的是菱形,本身不帶直角,所以我們在圖中要找出直角三角形,從而利用勾股定理來求出線段的長度。

(作者單位:江蘇省常熟市東張中學)

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