手拉手模型,屬于初中幾何中圖形的旋轉(zhuǎn),是最常見的一類重要模型。全等型手拉手模型有以下三個(gè)主要特征:雙等腰、共頂點(diǎn)、頂角相等。
如下左圖,△ABC與△ADE都是等腰直角三角形,且具有公共的直角頂點(diǎn)A, 頂角都是900。這兩個(gè)三角形就像兩個(gè)人手拉著手一樣,所以我們稱之為手拉手模型。如下右圖,我們易證△ACE與△ABD全等(SAS)。實(shí)際上以點(diǎn)A為旋轉(zhuǎn)中心,把△ACE順時(shí)針旋轉(zhuǎn)900,就得到了△ABD。
又如下左圖,△ABC與△ADE都是等邊三角形,且具有公共的頂點(diǎn)A, 頂角都是600。這個(gè)圖形滿足以下三個(gè)主要特征:雙等腰、共頂點(diǎn)、頂角相等,所以它就屬于手拉手模型。如下右圖,我們易證△ACD與△ABE全等(SAS)。實(shí)際上以點(diǎn)A為旋轉(zhuǎn)中心,把△ACD順時(shí)針旋轉(zhuǎn)600,就得到了△ABE。
例1. 如圖,△ABC與△ADE都是等腰直角三角形,其中∠BAC=∠DAE=900,AB=AC,AD=AE。直線CE交BD于點(diǎn)F,交AB于點(diǎn)G。
求證:(1)CE=BD;(2)CE⊥BD;(3)A、E、F、D四點(diǎn)共圓;
(4)AF平分∠CFD。
解析:圖中△ABC與△ADE都是等腰直角三角形,而且他們具有公共頂點(diǎn)A,頂角都是900,所以該圖形就是典型的手拉手模型。
簡解:(1)易證△ACE≌△ABD(SAS),所以CE=BD;
(2)由△ACE≌△ABD可得:∠1=∠2。再由八字形可得:∠GFB=∠GAC=900,所以CE⊥BD。
(3)由(2)得CE⊥BD,又∠DAE=900,所以∠DAE+∠DFE=1800。所以A、E、F、D四點(diǎn)共圓。
(4)過A作AM⊥CE于M,作AN⊥BD于N。由△ACE≌△ABD,可得他們的面積相等,又由全等得CE=BD,所以AM=AN。所以AF平分∠CFD。(或者由A、E、F、D四點(diǎn)共圓,得到∠DFA=∠DEA=450。所以∠EFA=∠DFA=450。所以AF平分∠CFD。)
求證:(1)CD=BE;(2)∠CHE=1200;(3)A、F、H、G四點(diǎn)共圓;
(4)AH平分∠CHE。
解析:圖中△ABC與△ADE都是等邊三角形,而且他們具有公共頂點(diǎn)A,頂角都是600,所以該圖形就是典型的手拉手模型。
簡解:(1)易證△ACD≌△ABE(SAS),所以CD=BE;
(2)由△ACD≌△ABE可得:∠FCA=∠GBA。再由八字形可得:∠BHF=∠CAF=600,∠CHE=1200。
(3)由(2)得∠CHE=1200,又∠FAG=1800-600-600=600,所以∠CHE+∠FAG=1800。所以A、F、H、G四點(diǎn)共圓。
(4)類比例1(4)可證。
例3. 如圖,△ABC中,∠BAC=600 ,AB=2倍根號3,AC=8,以BC為一邊作等腰△BCD,其中∠DBC=1200且BC=BD,連接AD。求AD的長。
解析:無法直接求出AD的值,需要將線段AD進(jìn)行轉(zhuǎn)化。因?yàn)?/span>△BCD是頂角為1200的等腰三角形,所以我們可以以AB為一腰,再構(gòu)造出一個(gè)頂角為1200的等腰三角形,這樣就能應(yīng)用“手拉手模型”,將條件集中到一個(gè)三角形中。
簡解1:以AB為一邊向內(nèi)側(cè)作等腰△ABE,其中∠ABE=1200且BA=BE。連接DE。 顯然△ABC≌△EBD(SAS),所以DE=AC=8。由∠ABE=1200且BA=BE,AB=2倍根號3,易得AE=6。因?yàn)?/span>∠BEA=(1800-1200)/2=300,∠BAC=1200 ,所以∠DEA=900。最后在△EAD中,∠AED=900,AE=6,DE=8,由勾股定理可得:AD=10。
簡解2:以AB為一邊向外側(cè)作等腰△ABF,其中∠ABF=1200且BA=BF。連接DF。顯然△FBC≌△ABD(SAS),所以CF=DA。由∠ABF=1200且BA=BF,AB=2倍根號3,易得AF=6。因?yàn)?/span>∠BAF=(1800-1200)/2=300,∠BAC=1200 ,所以∠FAC=900。最后在△FAC中,∠FAC=900,AF=6,AC=8,由勾股定理可得:CF=10。所以AD=CF=10。
例4. 已知⊙O的半徑為2,A、B是⊙O上的兩個(gè)動(dòng)點(diǎn),△ABC是等腰直角三角形,其中∠BAC=900,AB=AC。求OC的最小值。
解析:直接求OC的最小值顯然不現(xiàn)實(shí),所以我們要將線段OC進(jìn)行轉(zhuǎn)化。因?yàn)?/span>△ABC是等腰直角三角形,所以我們可以以OA為一腰,再構(gòu)造出一個(gè)等腰直角三角形,這樣就能應(yīng)用“手拉手模型”,將條件集中到一個(gè)三角形中。
簡解1:以O(shè)A為一邊向右側(cè)作等腰直角三角形△OAD,其中∠OAD=900且AD=AO。連接OB。易證△AOC≌△ADB(SAS),所以BD=OC=2。因?yàn)?/span>等腰直角三角形△OAD中OA=2,所以O(shè)D=2倍根號2。最后在△OBD中,OB=2,OD=2倍根號2,由三角形的三邊關(guān)系可得:BD≥2倍根號2-2,最小值為2倍根號2-2。故OC的最小值為2倍根號2-2(當(dāng)O、B、D三點(diǎn)共線時(shí))。
簡解2:以O(shè)A為一邊向左側(cè)作等腰直角三角形△OAE,其中∠OAE=900且AE=AO。連接EC。易證△AEC≌△AOB(SAS),所以EC=OB=2。因?yàn)?/span>等腰直角三角形△OAE中OA=2,所以O(shè)E=2倍根號2。最后在△OCE中,EC=2,OE=2倍根號2,由三角形的三邊關(guān)系可得:OC≥2倍根號2-2,故OC的最小值為2倍根號2-2(當(dāng)O、C、E三點(diǎn)共線時(shí))。
手拉手模型,是初中幾何最常見的一類重要模型,它又分為全等型手拉手模型和相似型手拉手模型,究其本質(zhì)就是圖形的旋轉(zhuǎn)全等和旋轉(zhuǎn)縮放。全等型手拉手模型具有以下三個(gè)主要特征:雙等腰、共頂點(diǎn)、頂角相等。如果圖中只有一個(gè)等腰三角形,我們可以再構(gòu)造出另一個(gè)等腰三角形,從而將圖形補(bǔ)成手拉手模型。這樣就能應(yīng)用“手拉手模型”中的三角形全等,將條件集中到一個(gè)三角形中,這樣問題就能迎刃而解。
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