三角形是初中數學裡最基本的幾何圖形,而其邊上中點,又是很常見的條件。當涉及三角形中點或中線問題時,常采用延長中線一倍的辦法,即倍長中線法,來作輔助線解題。好處是通過此法構造全等三角形繼而得到平行,可将分散的條件集中在一個三角形内解題,常常出奇制勝,化腐朽為神奇。且看模型的探究,和模型産生的基本結論及應用。
[問題提出]
如圖1,在△ABC中,若AB=6,AC=4,求BC邊上的中線AD的取值範圍.
[問題解決]
解決此問題可以用如下方法,延長AD到點E使DE=AD,再連結BE(或将△ACD繞着點D逆時針裝轉180°得到△EBD),把AB、AC、2AD集中在△ABE中,可得△DAC≌△DEB得AC=EB,再根據三角形三邊關系求得AE的取值範圍,由此得出中線AD的取值範圍是 1<AD<5.
【模型歸納】
【簡單應用】如圖2,如圖,在△ABC中,D為邊BC的中點,已知AB=5,AC=3,AD=2.求BC的長
【解析】延長AD到E,使得AD=DE,連接BE,可證明△DAC≌△DEB得AC=EB,再證明∠AEB=90°,由勾股定理求得BD=√13,進而得BC=2BD=2√13;
[拓展應用]
如圖3,在△ABC中,∠A=90°,點D是邊BC的中點,點E在邊AB上,過點D作DF⊥DE交邊AC于點F,連結EF,已知BE=4,CF=5,則EF的長為____
【解析】延長FD到G,使得DG=FD,連接BG,EG,可證明△CDF≌△BDG,得BG=CF,∠DCF=∠DBG,再證明∠EBG=90°,由勾股定理求得EG=√41,由線段垂直平分線性質得EF=EG=√41,.
【點評】本題考查幾何變換綜合題、三角形的中線、勾股定理、矩形的判定和性質等知識,解題的關鍵是學會添加常用輔助線,構造全等三角形解決問題,體會出現中點的輔助線的添加方法,屬于中考壓軸題.由此可歸納如下模型
[變式拓展]
1.(2019春•崇川區校級月考)如圖1,Rt△ABC中,∠A=90°,AB=AC,點D是BC邊的中點連接AD,則易證AD=BD=CD,即AD=1/2BC;如圖2,若将題中AB=AC這個條件删去,此時AD仍然等于1/2BC.
理由如下:延長AD到H,使得AH=2AD,連接CH,先證得△ABD≌△CHD,此時若能證得△ABC≌△CHA,
即可證得AH=BC,此時AD=1/2BC,由此可見倍長過中點的線段是我們三角形證明中常用的方法.
(1)請你先證明△ABC≌△CHA,并用一句話總結題中的結論;
(2)現将圖1中△ABC折疊(如圖3),點A與點D重合,折痕為EF,此時不難看出△BDE和△CDF都是等腰直角三角形.BE=DE,CF=DF.由勾股定理可知DE2 DF2=EF2,因此BE2 CF2=EF2,若圖2中△ABC也進行這樣的折疊(如圖4),此時線段BE、CF、EF還有這樣的關系式嗎?若有,請證明;若沒有,請舉反例.
(3)在(2)的條件下,将圖3中的△DEF繞着點D旋轉(如圖5),射線DE、DF分别交AB、AC于點E、F,此時(2)中結論還成立嗎?請說明理由.圖4中的△DEF也這樣旋轉(如圖6),直接寫出上面的關系式是否成立.
【解析】(1)想辦法證明AB∥CH,推出∠BAC=∠ACH,再利用SAS證明△ABC≌△CHA即可,可得結論:直角三角形斜邊上的中線等于斜邊的一半.
(2)有這樣分關系式.如圖4中,延長ED到H山頂DH=DE.證明△EDB≌△HDC(SAS),推出∠B=∠HCD,BE=CH,∠FCH=90°,利用勾股定理,線段的垂直平分線的性質即可解決問題.
(3)圖5,圖6中,上面的關系式仍然成立.結論:EF²=BE² CF².證明方法類似(2).
【點評】本題屬于幾何變換綜合題,考查了旋轉變換,翻折變換,全等三角形的判定和性質,勾股定理等知識,解題的關鍵是學會添加常用輔助線,構造全等三角形解決問題,屬于中考壓軸題.
2.(2018秋•吳興區期末)我們定義:如圖1,在△ABC中,把AB繞點A順時針旋轉α(0°<α<180°)并縮短一半得到AB',把AC繞點A逆時針旋轉β并縮短一半得到AC',連接B'C'.當α β=180°時,我們稱△AB'C'是△ABC的"旋半三角形",△AB'C'邊B'C'上的中線AD叫做△ABC的"旋半中線",點A叫做"旋半中心".
特例感知:
(1)在圖2,圖3中,△AB'C'是△ABC的"旋半三角形",AD是△ABC的"旋半中線".
①如圖2,當△ABC為等邊三角形時,AD與BC的數量關系為AD=_____ BC;
②如圖3,當∠BAC=90°,BC=4時,則AD長為 _____.
猜想論證:
(2)在圖1中,當△ABC為任意三角形時,猜想AD與BC的數量關系,并給予證明.
拓展應用:
(3)如圖4,在平面直角坐标系中,△ABC的坐标分别是A(4,3),B(1,0),C(5,0),△AB′C′是△ABC的"旋半三角形",AD是△ABC的"旋半中線",連結OD,求OD的最大值是多少?并請直接寫出當OD最大時點D的坐标.
【解析】(1)①首先證明△ADB′是含有30°是直角三角形,可得AD=1/2AB′即可得AD=1/4BC,;
②首先證明△BAC∽△B′AC′,根據直角三角形斜邊中線定理即可解決問題AD=1;
(2)結論:AD=1/4BC.如圖1中,延長AD到M,使得AD=DM,連接B′M,C′M,首先證明四邊形AC′MB′是平行四邊形,再證明△BAC∽△AB′M,即可解決問題;
(3)如圖4中,先确定OD最大值時,D的位置,D在以A為圓心,以1為半徑的圓上,則當D運動到直線OA與半圓相交時OD最大,求此時OD的長并确定其坐标.
∵A(4,3),∴OA=5,
∵AD=1,∴OD的最大值是6.
過A作AE⊥x軸于E,過D作DF⊥x軸于F,
∴AE∥DF,∴△AOE∽△DOF,
∴OA/OD=OE/OF=5/6=AE/DF=,
∵OE=4,AE=3,∴OF=24/5,DF=18/5,∴D(24/5,18/5).
常規的倍長中線可以出全等,但需要證明"三點共線",遇到"中點 平行",我們"延長出全等",而非"倍長出全等". 用"倍長中線法"作輔助線解幾何題,是一種重要的技巧套路。它可以有效地生發出全等、平行等基本條件,關聯好多基本圖形,幫助解題,大家務必好好掌握。也給我們解題的啟示:抓住核心,找到關鍵,才能快速解題。在數學問題的解決過程中伴随着一系列的心智活動,無論進行過程是否順利,都将給人以啟迪和力量。"細雨濕衣看不見,閑花落地聽無聲。"
像這樣在挑戰數學典型問題的征途中,經曆深入思考、體驗,我們的知識、方法、能力、智慧、意志力一定悄然得以提升。
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