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張江數(shù)學(xué)期中考試反思(1)怎樣在一組相似三角形基礎(chǔ)上構(gòu)造新的相似三角形
在這次我校(民辦張江集團(tuán)學(xué)校)初三期中考試中有兩道關(guān)于幾何證明題的綜合題(第22題和第23題),引發(fā)了我的一些思考。
首先請大家看這樣一個問題,
在Rt△ADC中,∠ADC=90°,DE⊥AC,
這就是大家所熟悉的“射影型”,也有人稱之為“子母三角形”,在這個圖形中,有兩對垂直、三組等角、三個直角三角形連環(huán)相似,其中一組等角:∠ADE=∠ACD,
一組相似三角形:△ADE∽△DEC,
進(jìn)一步得到比例式:AD:DE=DC:EC
取DE中點F,聯(lián)結(jié)AF,如果要在原有相似(△ADE∽△DEC)的基礎(chǔ)上構(gòu)造一個三角形與△ADF相似,該如何操作呢?
(1)由于DE對應(yīng)邊是EC,取EC中點G,聯(lián)結(jié)DG,自然有了△ADF∽△DGC
(2)除了可以“跟風(fēng)”縮短EC外,還有什么方法能構(gòu)造與△AFD相似的三角形呢?
還可以延長CD至點B,使得CB=2CD,聯(lián)結(jié)BE,由AD:DE=DC:EC得到AD:0.5DE=2DC:EC,配上∠ADE=∠ACD也可以得到一組相似即:△ADF∽△BEC。

不僅如此,由于DE=2DF,且tan∠C=DE/EC,所以這組新的相似三角形的相似比就是tan∠C/2,也就是說AF:BE= tan∠C/2,一組邊之比與某個角的三角比發(fā)生了聯(lián)系。

考慮到AD垂直平分BC的“事實”,所以聯(lián)結(jié)AB,就構(gòu)成了等腰三角形,既然是等腰三角形,就可以隱去AD,于是一個全新的數(shù)學(xué)問題產(chǎn)生了。
如圖,在△ABC中,AB=AC,取BC的中點D,過點D做DE⊥AC于E,取DE的中點F,聯(lián)結(jié)AF、BE,問AF/BE與∠C的關(guān)系。
然后可能覺得這道題比較難,于是前面再引導(dǎo)學(xué)生從特殊到一般先探索一下,但又覺得問∠C太直接,于是改問“AF/BE與∠BAC的關(guān)系”,于是我校期中考試第23題誕生了:
這就是我揣測的命題人編題時的心路歷程。那如果當(dāng)初不是取DE中點而是三等分點,然后延長CD至原來的三倍長是不是也會有相似?如果原本不是“射影型”而是“共邊共角型”也是如是構(gòu)造是不是也會產(chǎn)生同樣的一組相似三角形?我想答案是肯定的,我想在這些問題的基礎(chǔ)上編撰試題,同樣也能命出非常精彩的數(shù)學(xué)問題。
我校初三期中考試第22題的第一問:
22、如圖,在梯形ABCD中,AB∥CD,對角線AC⊥CD,AB=9,AC=12,CD=16,點E是邊BC上一個動點,EF⊥AE,EF交CD于點F,聯(lián)結(jié)AF
(1)求證:△AEF ∽△ACD;(2)……
由此想到,其實第一問和△ADC的邊長無關(guān),其“外部圖形”就是一組相似直角三角形,中間有一個符合某“等角”關(guān)系的三角形在圖形內(nèi)部運(yùn)動,但問題是這組等角必須是∠AEF=∠ACD嗎?
問題:如圖,已知在Rt△ABC中,∠ACD=90°,且AC<DC,CD∥AB,且∠D=∠ACB(易證:△ABC∽△ACD),若點E在邊CB上,點F在射線DC上

(1)若∠FAE=∠DAC,

求證:△AEF∽△ACD

(2)若∠AFE=∠ACB,

求證:△AEF∽△ACD

(3)若∠AEF=∠ACD,

求證:△AEF∽△ACD

分析(1)由∠FAE=∠DAC可得∠DAF=∠CAE,易證:△ADF∽△ACE,得:AD:AC=AF:AE,配上∠FAE=∠DAC,由此可證△AEF∽△ACD

分析(2)由∠AFE=∠ACB配上∠AGF=∠CGE,易證:△AGF∽△CGE,得:AG:GE=GF:CG,配上∠FGC=∠AGE可證△FCG∽△AGE,得:∠AEF=∠ACD=90°,再根據(jù)兩組對應(yīng)角相等的三角形相似。不算△ACD∽△ABC,前后攆轉(zhuǎn)三次相似可得,確實對同學(xué)提出很大的挑戰(zhàn)。

有沒有更加簡潔的方法呢?有!由∠AFE=∠ACB可得點A、F、C、B四點共圓,由同弧所對圓周角相等得∠AEF=∠ACD,從而得證,可惜學(xué)生至今尚未學(xué)習(xí)圓。

分析(3)即試題中的問題1,其實和(2)基本相同,在此就不在累述。


在此我無意去評論試題的難易,但可以發(fā)現(xiàn)在一組相似三角形的基礎(chǔ)上,或配置“角等”的條件,或配置“邊的關(guān)系”的條件都可能產(chǎn)生新的相似三角形,這就是很好的探究學(xué)習(xí)的素材,如果我們能善加利用,就會產(chǎn)生良好教學(xué)效果。


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