數(shù)學(xué)因運(yùn)動(dòng)而充滿活力,數(shù)學(xué)因變化而精彩紛呈??v觀近幾年各地的中考題,以動(dòng)態(tài)幾何問(wèn)題為基架而精心設(shè)計(jì)的考題,可謂璀璨奪目、精彩四射。 以運(yùn)動(dòng)的觀點(diǎn)探究幾何圖形的變化規(guī)律問(wèn)題,稱之為動(dòng)態(tài)幾何問(wèn)題,隨之產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)幾何試題就是研究,在幾何圖形的運(yùn)動(dòng)中,伴隨著出現(xiàn)一定的圖形位置、數(shù)量關(guān)系的“變”與“不變”性的試題,就其運(yùn)動(dòng)對(duì)象而言,有點(diǎn)動(dòng)、線動(dòng)、面動(dòng),就其運(yùn)動(dòng)形式而言,有平移、旋轉(zhuǎn)、翻折、滾動(dòng)等。 動(dòng)態(tài)幾何型試題題目靈活多變,動(dòng)中有靜、動(dòng)靜結(jié)合,能夠在運(yùn)動(dòng)變化中發(fā)展學(xué)生空間想象能力,綜合分析能力,是近幾年中考命題的熱點(diǎn)。下面以06、07年各地中考題為例,將動(dòng)態(tài)幾何問(wèn)題進(jìn)行分類分析。 題型一:點(diǎn)動(dòng)型 點(diǎn)動(dòng)型就是在三角形、矩形、梯形等一些幾何圖形上,設(shè)計(jì)一個(gè)或幾個(gè)動(dòng)點(diǎn),并對(duì)這些點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)變化的過(guò)程中產(chǎn)生的等量關(guān)系、變量關(guān)系、圖形的特殊狀態(tài)、圖形間的特殊關(guān)系等進(jìn)行研究。 1.單動(dòng)點(diǎn)型 例1(2007年遼寧十二市)如圖, 已知等邊三角形ABC中,點(diǎn)D,E,F(xiàn)分別為邊AB,AC,BC的中點(diǎn),M為直線BC上一動(dòng)點(diǎn),△DMN為等邊三角形(點(diǎn)M的位置改變時(shí), △DMN也隨之整體移動(dòng)) . (1)如圖①,當(dāng)點(diǎn)M在點(diǎn)B左側(cè)時(shí),請(qǐng)你判斷EN與MF有怎樣的數(shù)量關(guān)系?點(diǎn)F是否在直線NE上?都請(qǐng)直接寫出結(jié)論,不必證明或說(shuō)明理由; ?。?)如圖②,當(dāng)點(diǎn)M在BC上時(shí),其它條件不變,(1)的結(jié)論中EN與MF的數(shù)量關(guān)系是否仍然成立?若成立,請(qǐng)利用圖②證明;若不成立,請(qǐng)說(shuō)明理由; ?。?)若點(diǎn)M在點(diǎn)C右側(cè)時(shí),請(qǐng)你在圖③中畫出相應(yīng)的圖形,并判斷(1)的結(jié)論中EN與MF的數(shù)量關(guān)系是否仍然成立?若成立?請(qǐng)直接寫出結(jié)論,不必證明或說(shuō)明理由. 練習(xí)1(2007年福州市)如圖,直線AC∥BD,連結(jié)AB,直線AC,BD及線段AB把平面分成①、②、③、④四個(gè)部分,規(guī)定:線上各點(diǎn)不屬于任何部分.當(dāng)動(dòng)點(diǎn)P落在某個(gè)部分時(shí),連結(jié)PA,PB,構(gòu)成∠PAC,∠APB,∠PBD三個(gè)角.(提示:有公共端點(diǎn)的兩條重合的射線所組成的角是0°角.) (1)當(dāng)動(dòng)點(diǎn)P落在第①部分時(shí),求證:∠APB =∠PAC +∠PBD; ?。?)當(dāng)動(dòng)點(diǎn)P落在第②部分時(shí),∠APB =∠PAC +∠PBD是否成立(直接回答成立或不成立)? ?。?)當(dāng)動(dòng)點(diǎn)P落在第③部分時(shí),全面探究∠PAC,∠APB,∠PBD之間的關(guān)系,并寫出動(dòng)點(diǎn)的具體位置和相應(yīng)的結(jié)論.選擇其中一種結(jié)論加以證明. 練習(xí)2(2006年綿陽(yáng)市)在正方形ABCD中,點(diǎn)P是CD上一動(dòng)點(diǎn),連結(jié)PA,分別過(guò)點(diǎn)B、D作BE⊥PA、DF⊥PA,垂足分別為E、F,如圖①. ?。?)請(qǐng)?zhí)剿鰾E、DF、EF這三條線段長(zhǎng)度具有怎樣的數(shù)量關(guān)系.若點(diǎn)P在DC 的延長(zhǎng)線上(如圖②),那么這三條線段的長(zhǎng)度之間又具有怎樣的數(shù)量關(guān)系?若點(diǎn)P在CD 的延長(zhǎng)線上呢(如圖③)?請(qǐng)分別直接寫出結(jié)論; ?。?)請(qǐng)?jiān)冢?)中的三個(gè)結(jié)論中選擇一個(gè)加以證明.
解決此類動(dòng)點(diǎn)幾何問(wèn)題常常用的是“類比發(fā)現(xiàn)法”,也就是通過(guò)對(duì)兩個(gè)或幾個(gè)相類似的數(shù)學(xué)研究對(duì)象的異同進(jìn)行觀察和比較,從一個(gè)容易探索的研究對(duì)象所具有的性質(zhì)入手,去猜想另一個(gè)或幾個(gè)類似圖形所具有的類似性質(zhì),從而獲得相關(guān)結(jié)論。類比發(fā)現(xiàn)法大致可遵循如下步驟:(1)根據(jù)已知條件,先從動(dòng)態(tài)的角度去分析觀察可能出現(xiàn)的情況。(2)結(jié)合某一相應(yīng)圖形,以靜制動(dòng),運(yùn)用所學(xué)知識(shí)(常見(jiàn)的有三角形全等、三角形相似等)得出相關(guān)結(jié)論。(3)類比猜想出其他情況中的圖形所具有的性質(zhì)。 2.雙動(dòng)點(diǎn)型 例2(2007聽(tīng)哈爾濱市)如圖1,在正方形ABCD中,對(duì)角線AC與BD相交于點(diǎn)E,AF平分∠BAC,交BD于點(diǎn)F. ?。?)求證: ;?。?)點(diǎn)C1從點(diǎn)C出發(fā),沿著線段CB向點(diǎn)B運(yùn)動(dòng)(不與點(diǎn)B重合),同時(shí)點(diǎn)A1從點(diǎn)A出發(fā),沿著B(niǎo)A的延長(zhǎng)線運(yùn)動(dòng),點(diǎn) 與的運(yùn)動(dòng)速度相同,當(dāng)動(dòng)點(diǎn)停止運(yùn)動(dòng)時(shí),另一動(dòng)點(diǎn)A1也隨之停止運(yùn)動(dòng).如圖2,A1F1平分∠BA1C1,交BD于點(diǎn)F1,過(guò)點(diǎn)F1作F1E1⊥A1C1,垂足為E1,請(qǐng)猜想E1F1,與AB三者之間的數(shù)量關(guān)系,并證明你的猜想;?。?)在(2)的條件下,當(dāng)A1E1=3,C1E1=2時(shí),求BD的長(zhǎng). 3.多動(dòng)點(diǎn)型 例3(2006年眉山市)如圖,∠MON = 90°,在∠MON的內(nèi)部有一個(gè)正方形AOCD,點(diǎn)A、C分別在射線OM、ON上,點(diǎn)B1是ON上的任意一點(diǎn),在∠MON的內(nèi)部作正方形AB1C1D1. (1)連結(jié)D1D,求證:∠ADD1 = 90°; (2)連結(jié)CC1,猜一猜,∠C1CN的度數(shù)是多少?并證明你的結(jié)論; ?。?)在ON上再任取一點(diǎn)B2,以AB2為邊,在∠MON的內(nèi)部作正方形AB2C2D2,觀察圖形,并結(jié)合(1)、(2)的結(jié)論,請(qǐng)你再做出一個(gè)合理的判斷. 練習(xí)(2007年宜昌市)如圖1,在△ABC中,AB=BC=5,AC=6. △ECD是△ABC沿BC方向平移得到的,連接AE,AC和BE相交于點(diǎn)O. ?。?)判斷四邊形ABCE是怎樣的四邊形,說(shuō)明理由; (2)如圖2,P是線段BC上一動(dòng)點(diǎn)(圖2),(不與點(diǎn)B、C重合),連接PO并延長(zhǎng)交線段AE于點(diǎn)Q,QR⊥BD,垂足為點(diǎn)R. ?、偎倪呅蜳QED的面積是否隨點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)而發(fā)生變化?若變化,請(qǐng)說(shuō)明理由;若不變,求出四邊形PQED的面積; ?、诋?dāng)線段BP的長(zhǎng)為何值時(shí),△PQR與△BOC相似? 通過(guò)上述例題可以發(fā)現(xiàn),雙動(dòng)點(diǎn)的題型可以轉(zhuǎn)化為單動(dòng)點(diǎn)題型求解,關(guān)鍵是抓準(zhǔn)決定整道題的那個(gè)關(guān)鍵的動(dòng)點(diǎn),從而將問(wèn)題轉(zhuǎn)化. 題型二:線動(dòng)型 1.線平移型 例4(2007年樂(lè)山市)如圖,在矩形ABCD中,AB=4,AD=10.直角尺的直角頂點(diǎn)P在AD上滑動(dòng)時(shí)(點(diǎn)P與A,D不重合),一直角邊經(jīng)過(guò)點(diǎn)C,另一直角邊AB交于點(diǎn)E.我們知道,結(jié)論“Rt△AEP∽R(shí)t△DPC”成立.?。?)當(dāng)∠CPD=30°時(shí),求AE的長(zhǎng); (2)是否存在這樣的點(diǎn)P,使△DPC的周長(zhǎng)等于△AEP周長(zhǎng)的2倍?若存在,求出DP的長(zhǎng);若不存在,請(qǐng)說(shuō)明理由. 2.線旋轉(zhuǎn)型 例5(2006年衡陽(yáng)市) 已知:如圖,平行四邊形ABCD中,AB⊥AC,AB=1, ,對(duì)角線AC、BD交于O點(diǎn),將直線AC繞點(diǎn)O順時(shí)針旋轉(zhuǎn),分別交BC、AD于點(diǎn)E、F.(1)證明:當(dāng)旋轉(zhuǎn)角為90°時(shí),四邊形ABEF是平行四邊形; (2)試說(shuō)明在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,線段AF與EC總保持相等; (3)在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中,四邊形BEDF可能是菱形嗎?如果不能,請(qǐng)說(shuō)明理由;如果能,說(shuō)明理由并求出此時(shí)AC繞點(diǎn)O順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的度數(shù). 線動(dòng)實(shí)質(zhì)就是點(diǎn)動(dòng),即點(diǎn)動(dòng)帶動(dòng)線動(dòng),進(jìn)而還會(huì)產(chǎn)生面動(dòng),因而線動(dòng)型幾何問(wèn)題可以通過(guò)轉(zhuǎn)化成點(diǎn)動(dòng)型問(wèn)題來(lái)求解.解決此類題的關(guān)鍵是要把握?qǐng)D形運(yùn)動(dòng)與變化的全過(guò)程,抓住其中的等量關(guān)系和變量關(guān)系.從運(yùn)動(dòng)變化得圖形的特殊位置,進(jìn)而探索出一般的結(jié)論或者從中獲得解題啟示,這種由特殊到一般的思想對(duì)我們解決運(yùn)動(dòng)變化問(wèn)題是極為重要的. 題型三:圖動(dòng)型圖形的運(yùn)動(dòng)變換主要有平移、旋轉(zhuǎn)和翻折這三種基本變換。主要是對(duì)給定的圖形(或其一部分)實(shí)行某種位置變化,然后在新的圖形中分析有關(guān)圖形之間的關(guān)系,這類問(wèn)題常與探究性、存在性等結(jié)合在一起,考察學(xué)生動(dòng)手能力、觀察能力、探索與實(shí)踐能力. 1.圖形平移型例6(2007年河北?。〢BC中,AB=AC,CG⊥BA交BA的延長(zhǎng)線于點(diǎn)G.一等腰直角三角尺按如圖1所示的位置擺放,該三角尺的直角頂點(diǎn)為F,一條直角邊與AC邊在一條直線上,另一條直角邊恰好經(jīng)過(guò)點(diǎn)B. ?。?)在圖1中請(qǐng)你通過(guò)觀察、測(cè)量BF與CG的長(zhǎng)度,猜想并寫出BF與CG滿足的數(shù)量關(guān)系,然后證明你的猜想; ?。?)當(dāng)三角尺沿AC方向平移到圖2所示的位置時(shí),一條直角邊仍與AC邊在同一直線上,另一條直角邊交BC邊于點(diǎn)D,過(guò)點(diǎn)D作DE⊥BA于點(diǎn)E.此時(shí)請(qǐng)你通過(guò)觀察、測(cè)量DE、DF與CG的長(zhǎng)度,猜想并寫出DE+DF與CG之間滿足的數(shù)量關(guān)系,然后證明你的猜想; ?。?)當(dāng)三角尺在(2)的基礎(chǔ)上沿AC方向繼續(xù)平移到圖3所示的位置(點(diǎn)F在線段AC上,且點(diǎn)F與點(diǎn)C不重合)時(shí),(2)中的猜想是否仍然成立?(不用說(shuō)明理由) 圖形平移實(shí)質(zhì)上就是線的平移,線的平移會(huì)產(chǎn)生相似圖形,所以這類問(wèn)題解題的關(guān)鍵思路是利用相似得到待求量之間的關(guān)系。本題是一道利用三角板為背景設(shè)計(jì)的題目,求解時(shí)一定要了解三角板的特性,使求解難度降低,通過(guò)求解我們還可以看出,三角板通過(guò)適當(dāng)?shù)牟僮髂茏兓贸鲈S多精彩的中考數(shù)學(xué)試題,近兩年的中考中就頻頻出現(xiàn)此類問(wèn)題。 2.圖形旋轉(zhuǎn)型 例7(2007年臨沂市) 如圖1,已知△ABC中,AB=BC=1,∠ABC=90°,把一塊含30°角的三角板DEF的直角頂點(diǎn)D放在AC的中點(diǎn)上(直角三角板的短直角邊為DE,長(zhǎng)直角邊為DF),將直角三角板DEF繞D點(diǎn)按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn). ?、旁趫D1中,DE交AB于M,DF交BC于N. ①證明DM=DN; ?、谠谶@一過(guò)程中,直角三角板DEF與△ABC的重疊部分為四邊形DMBN,請(qǐng)說(shuō)明四邊形DMBN的面積是否發(fā)生變化?若發(fā)生變化,請(qǐng)說(shuō)明是如何變化的?若不發(fā)生變化,求出其面積; ?、评^續(xù)旋轉(zhuǎn)至如圖2的位置,延長(zhǎng)AB交DE于M,延長(zhǎng)BC交DF于N,DM=DN是否仍然成立?若成立,請(qǐng)給出證明;若不成立,請(qǐng)說(shuō)明理由; ⑶繼續(xù)旋轉(zhuǎn)至如圖3的位置,延長(zhǎng)FD交BC于N,延長(zhǎng)ED交AB于M,DM=DN是否仍然成立?若成立,請(qǐng)寫出結(jié)論,不用證明. 練習(xí)1(2006年常德市)把兩塊全等的直角三角形ABC和DEF疊放在一起,使三角板DEF的銳角頂點(diǎn)D與三角板ABC的斜邊中點(diǎn)O重合,其中∠ABC=∠DEF=90°,∠C=∠F=45°,AB=DE=4,把三角板ABC固定不動(dòng),讓三角板DEF繞點(diǎn)O旋轉(zhuǎn),設(shè)射線DE與射線AB相交于點(diǎn)P,射線DF與線段BC相交于點(diǎn)Q. ?。?)如圖1,當(dāng)射線DF經(jīng)過(guò)點(diǎn)B,即點(diǎn)Q與點(diǎn)B重合時(shí),易證△APD∽△CDQ.此時(shí),AP·CQ= ; (2)將三角板DEF由圖9所示的位置繞點(diǎn)O沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn),設(shè)旋轉(zhuǎn)角為α,其中0°<α<90°,問(wèn)AP·CQ的值是否改變?說(shuō)明你的理由; ?。?)在(2)的條件下,設(shè)CQ=x,兩塊三角板重疊面積為y,求y與x的函數(shù)關(guān)系式.(圖2,圖3供解題用) 練習(xí)2(2007年資陽(yáng)市)如圖1,已知P為正方形ABCD的對(duì)角線AC上一點(diǎn)(不與A、C重合),PE⊥BC于點(diǎn)E,PF⊥CD于點(diǎn)F. (1) 求證:BP=DP; (2) 如圖2,若四邊形PECF繞點(diǎn)C按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn),在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中是否總有BP=DP?若是,請(qǐng)給予證明;若不是,請(qǐng)用反例加以說(shuō)明; (3) 試選取正方形ABCD的兩個(gè)頂點(diǎn),分別與四邊形PECF的兩個(gè)頂點(diǎn)連結(jié),使得到的兩條線段在四邊形PECF繞點(diǎn)C按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)的過(guò)程中長(zhǎng)度始終相等,并證明你的結(jié)論 . 練習(xí)3(2007年揚(yáng)州市)如圖,正方形ABCD繞點(diǎn)A逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)n°后得到正方形AEFG,邊EF與CD交于點(diǎn)O. ?。?)以圖中已標(biāo)有字母的點(diǎn)為端點(diǎn)連結(jié)兩條線段(正方形的對(duì)角線除外),要求所連結(jié)的兩條線段相交且互相垂直,并說(shuō)明這兩條線段互相垂直的理由; ?。?)若正方形的邊長(zhǎng)為2cm,重疊部分(四邊形AEOD)的面積為 ,求旋轉(zhuǎn)的角度n.解:(1)我連結(jié)的兩條相交且互相垂直的線段是______和______. 理由如下: 圖形的旋轉(zhuǎn)實(shí)質(zhì)就是線的旋轉(zhuǎn),也可抓住旋轉(zhuǎn)圖形和不變圖形的交點(diǎn),轉(zhuǎn)化成動(dòng)點(diǎn)問(wèn)題先動(dòng)后靜來(lái)求解. 3.圖形翻折型 例8(2007年濟(jì)寧市)如圖,先把一矩形ABCD紙片對(duì)折,設(shè)折痕為MN,再把B點(diǎn)疊在折痕線上,得到△ABE.過(guò)B點(diǎn)折紙片使D點(diǎn)疊在直線AD上,得折痕PQ. (1)求證:△PBE∽△QAB; (2)你認(rèn)為△PBE和△BAE相似嗎?如果相似給出證明,如不相似請(qǐng)說(shuō)明理由; (3)如果沿直線EB折疊紙片,點(diǎn)A是否能疊在直線EC上?為什么? 練習(xí)1(2007年孝感市)在我們學(xué)習(xí)過(guò)的數(shù)學(xué)教科書中,有一個(gè)數(shù)學(xué)活動(dòng),其具體操作過(guò)程是: 第一步:對(duì)折矩形紙片ABCD,使AD與BC重合,得到折痕EF,把紙片展開(kāi)(如圖1); 第二步:再一次折疊紙片,使點(diǎn)A落在EF上,并使折痕經(jīng)過(guò)點(diǎn)B,得到折痕BM,同時(shí)得到線段BN(如圖2). 圖1 圖2 請(qǐng)解答以下問(wèn)題: ?。?)如圖1,若延長(zhǎng)MN交BC于P,△BMP是什么三角形?請(qǐng)證明你的結(jié)論; ?。?)在圖2中,若AB=a,BC=b,a、b滿足什么關(guān)系,才能在矩形紙片ABCD上剪出符合(1)中結(jié)論的三角形紙片BMP ? ?。?)設(shè)矩形ABCD的邊AB=2,BC=4,并建立如圖3所示的直角坐標(biāo)系. 設(shè)直線BM′為y=kx,當(dāng)∠M′BC=60°時(shí),求k的值.此時(shí),將△ABM′沿BM′折疊,點(diǎn)A是否落在EF上(E、F分別為AB、CD中點(diǎn))?為什么? 圖3 練習(xí)2(2007年臺(tái)州市)如圖,四邊形OABC是一張放在平面直角坐標(biāo)系中的矩形紙片,點(diǎn)A在x軸上,點(diǎn)C在y軸上,將邊BC折疊,使點(diǎn)B落在邊OA的點(diǎn)D處.已知折痕 ,且.?。?)判斷△OCD與△ADE是否相似?請(qǐng)說(shuō)明理由; ?。?)求直線CE與x軸交點(diǎn)P的坐標(biāo); ?。?)是否存在過(guò)點(diǎn)D的直線l,使直線l、直線CE與x軸所圍成的三角形和直線l、直線CE與y軸所圍成的三角形相似?如果存在,請(qǐng)直接寫出其解析式并畫出相應(yīng)的直線;如果不存在,請(qǐng)說(shuō)明理由. 圖形翻折實(shí)際上是軸對(duì)稱變換,變換前后的對(duì)應(yīng)線段相等、對(duì)應(yīng)角相等。常常與角平分線、線段垂直平分線、等腰三角形的高相聯(lián)系。解決旋轉(zhuǎn)、平移、翻折的動(dòng)態(tài)幾何問(wèn)題關(guān)鍵是結(jié)合直角三角形或全等三角形或相似三角形的有關(guān)知識(shí),全面尋找圖形運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的不變量。 例9(2007義烏)如圖1,小明將一張矩形紙片沿對(duì)角線剪開(kāi),得到兩張三角形紙片(如圖2),量得他們的斜邊長(zhǎng)為10cm,較小銳角為30°,再將這兩張三角紙片擺成如圖3的形狀,但點(diǎn)B、C、F、D在同一條直線上,且點(diǎn)C與點(diǎn)F重合(在圖3至圖6中統(tǒng)一用F表示) 圖1 圖2 圖3 小明在對(duì)這兩張三角形紙片進(jìn)行如下操作時(shí)遇到了三個(gè)問(wèn)題,請(qǐng)你幫助解決. ?。?)將圖3中的△ABF沿BD向右平移到圖4的位置,使點(diǎn)B與點(diǎn)F 重合,請(qǐng)你求出平移的距離; ?。?)將圖3中的△ABF繞點(diǎn)F順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)30°到圖5的位置,A1F交DE于點(diǎn)G,請(qǐng)你求出線段FG的長(zhǎng)度; (3)將圖3中的△ABF沿直線AF翻折到圖6的位置,AB1交DE于點(diǎn)H,請(qǐng)證明:AH﹦DH.
圖4 圖5 圖6 本題是圍繞圖形的翻折、平移、旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)的一道綜合題,不但考察學(xué)生對(duì)翻折、平移、旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)、三角形全等的判定和性質(zhì)等基礎(chǔ)知識(shí)的掌握程度,而且還考察了學(xué)生們的綜合運(yùn)用能力. 解決運(yùn)動(dòng)型試題需要用運(yùn)動(dòng)與變化的眼光去觀察和研究圖形,把握?qǐng)D形運(yùn)動(dòng)與變化的全過(guò)程,抓住其中的等量關(guān)系和變量關(guān)系,并特別關(guān)注一些不變量和不變關(guān)系或特殊關(guān)系. |
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