本篇有一難一易兩個(gè)例題,分別說明手拉手模型在其中所起的作用。
一.例4:
已知,在△ABC中,AB=AC,D為BC上一點(diǎn),AD=DE,∠ADE=∠BAC=α。
(1)如圖1,若α=90°,求∠DCE。
解析:
若連A、E,則有兩個(gè)頂角相等的等腰三角形,而且頂角是90°。但這兩個(gè)頂角頂點(diǎn)并不重合,所以這兩個(gè)三角形并不構(gòu)成一個(gè)手拉手模型。
在D點(diǎn)為BC上任意一點(diǎn)的情況下,我們可以猜測(cè)所求∠DCE為45°。而已知的兩個(gè)等腰直角三角形的底角都為45°,因此,我們優(yōu)先考慮通過手拉手模型的構(gòu)造,造出兩個(gè)全等三角形,轉(zhuǎn)移角度,使得所求角和已知的某一個(gè)等腰直角三角形的底角相等。
因?yàn)橐延袃蓚€(gè)等腰直角三角形,所以存在一個(gè)選擇問題,新構(gòu)造的一個(gè)等腰直角三角形是與△ABC還是與△ADE共頂角頂點(diǎn)。
不妨兩個(gè)方案都試一試,都比較簡單。
最后可以發(fā)現(xiàn),構(gòu)造一個(gè)以DC為腰,以D為直角頂點(diǎn)的等腰直角三角形,是可行的方案。這個(gè)方案的好處是可以將所求角∠DCE轉(zhuǎn)移出去,使得它和構(gòu)造出的一個(gè)已知角相等。而另一個(gè)方案則沒有這樣的效果。
所以,過D點(diǎn)作DF垂直于DC,交CA的延長線于F,則△FDC和△ADE構(gòu)成一個(gè)手拉手模型。
因此,△CDE≌△FDA。所以∠DCE=∠DFA=45°。
(2)如圖2,若α=120°,求∠DCE。
解析:
同(1),過D作射線DF,使∠FDB=60°,射線DF交CA延長線于F。
則,∠FDC=120,∠DFC=180°-120°-30°=30°=∠DCF,所以△FDC也是要給以120°角為頂角的等腰三角形。所以,它和△ADE形成一個(gè)手拉手模型。
所以,∠DCE=∠DFA=30°。
(3)如圖3,點(diǎn)E在直線BC的下方,∠DCE于∠ACB是否存在某種確定的數(shù)量關(guān)系?試說明理由。
解析:
在(1)和(2)這兩個(gè)頂角分別為90°和120°的特例中,我們發(fā)現(xiàn)∠DCE都等于∠ACB。如果在兩個(gè)已有等腰三角形的頂角相等但并未告知具體角度的情況下,∠DCE和∠ACB還是相等關(guān)系嗎?
只要繼續(xù)按照前面兩例的思路構(gòu)造類似的手拉手模型,是可以證明這個(gè)相等關(guān)系是仍然存在的。證明細(xì)節(jié)同學(xué)們可自行完成。
二.例5:
如圖,在平面直角坐標(biāo)系中,點(diǎn)A(-2,0),B(0,2
解析:
按慣例,解題從分析題設(shè)開始。
題目問,△ABQ的面積是否隨著D點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)而變化。那我們就分析這個(gè)三角形及其面積。
一個(gè)三角形的面積是否變化,可以有兩個(gè)角度,一個(gè)是分析三角形本身,一個(gè)是把這個(gè)三角形置身于一個(gè)合適的模型當(dāng)中,看這個(gè)模型除去這個(gè)三角形后剩余的面積是否變化,即有些同學(xué)了解的”割補(bǔ)法“的應(yīng)用。
我們首先考察這個(gè)三角形本身。一個(gè)三角形的面積等于底邊長乘以高的積的一半??疾焖拿娣e變還是不變,我們優(yōu)先的思路是在這個(gè)三角形中找一條定邊作為底邊,然后考察它上面的高。如果高也是確定長度的,就可以斷定面積是定值了。
剛好,我們就發(fā)現(xiàn)了△ABQ就有一條底邊AB是定長,順理成章,我們就要考察AB上的高,比如說是QM,是否是一個(gè)定長。一點(diǎn)(Q)到一條定直線(AB)的距離是否變化,就看這個(gè)點(diǎn)是否在一條與AB平行且距離保持不變的定直線上。
顯然,本例中,Q是隨著P點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的,它是一個(gè)隨動(dòng)點(diǎn)。所以,我們要考察Q點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是不是一條和AB平行且距離保持不變的定直線。
現(xiàn)在問題轉(zhuǎn)化成了考察Q點(diǎn)的軌跡是不是一條直線,且它是否和AB的距離為定值。
考察一個(gè)點(diǎn)的軌跡是否是一條定直線,在實(shí)戰(zhàn)中,一般可以考察它是否是在一個(gè)定角的某一條確定的夾邊上運(yùn)動(dòng)。比如說,現(xiàn)在RB就是一條定直線,R是一個(gè)頂點(diǎn),如果∠QRB是一個(gè)定角,那么Q就一定是在直線RQ上運(yùn)動(dòng)。如果直線RQ還∥AB,則Q到AB的距離就是定值了,即AB上的高就是定值。
所以,問題現(xiàn)在又轉(zhuǎn)化成了,如果將Q點(diǎn)和一條定線段的端點(diǎn)連接,能夠確定所形成的以這個(gè)端點(diǎn)為頂角的角是一個(gè)定角,且連接的線段和AB平行,就大功告成。
本例中定線段有幾條,但滿足和Q一起形成一個(gè)定角的線段我們則要好好思考一下,哪一條可以滿足。
我們現(xiàn)在需要讓我們新造的這個(gè)角等于一個(gè)確定的角度,一般應(yīng)以兩個(gè)全等三角形來實(shí)現(xiàn)。而圖形中已經(jīng)給出了兩個(gè)頂角相等的兩個(gè)等腰三角形,所以我們大概率應(yīng)該是通過手拉手模型來構(gòu)造這兩個(gè)全等的三角形。
可以把P、Q的位置多變化幾次,取一些極端位置來考察“以Q所在直線為一條夾邊,以已知定線段為另一條夾邊,以這條定線段的端點(diǎn)為角頂點(diǎn)的角”的變化,如果有某一條定線段使得這個(gè)角似乎是不變的,那我們就證明這個(gè)角確實(shí)是不變的。
這個(gè)過程不需太長,應(yīng)該就可以找到∠QRB。它應(yīng)該總是等于30°。如果它確實(shí)是等于30°,那么,由于直線RQ還是和AB平行的,這樣就打通了整個(gè)解題思路了。
現(xiàn)在就假設(shè)我們要證明∠QRB=30°,那么怎么樣構(gòu)造出一個(gè)什么樣的手拉手模型來造出兩個(gè)全等的三角形,而且∠QRB是其中的一個(gè)角呢?
既然目標(biāo)很明確,實(shí)現(xiàn)路徑就不難找到。顯然,我們可以過P向下作射線PN∥y軸,且使PN=PR。這樣三角形△PRN就是一個(gè)頂角為120°的等腰三角形,而且和頂角同為120°的等腰三角形APQ共頂點(diǎn),這樣,這兩個(gè)三角形就構(gòu)成了一個(gè)手拉手模型。
所以,△PAR≌△OQN
所以,∠PNQ=∠PRA=30°。
這個(gè)結(jié)果離我們證明∠PRQ=30°還有距離。
因?yàn)?/span>∠PRN=∠PNR=30°,如果要證明∠PRQ=30°,其實(shí)是要證明Q在直線RN上。
因?yàn)?/span>∠PNQ=∠PNR=30°,所以Q就是在射線NR上。
所以∠PRQ=∠PRN=30°。
解題的具體過程略去,請(qǐng)同學(xué)們自行完成。
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