利用三角形重心性質渡劫選擇壓軸題

2021-01-09 愛數學做數學

利用三角形重心性質渡劫選擇壓軸題

說起三角形的重心,多數學生都會想到三條中線的交點,然後便是實際應用例如頂起一塊三角形木板之類的問題,卻極少有更深入理解重心與中線之間的數量關係。而在選擇題最後一題,俗稱選擇壓軸題當中,這些「冷門」知識恰恰能派上大用場,甚至非它無解。

題目

解析:

以常規常法思考時,一些必要的線段需要先連接起來,例如切點和圓心,因此,當我們連接之後,可以很容易得到AG為∠BAC的角平分線,延長它與BC相交於點F,是否AG也為BC邊上的高呢?這實在是非常像「三線合一」,可惜,根據已有的條件,全等三角形無法判定,這屬於「邊邊角」,思維就此陷入困境,如何渡過這個劫難呢?

既然AG是中線,則F點一定是BC中點,常見輔助線作法中,有中線倍長構造全等的思路,剛才的△ABF與△ACF沒法證全等,總能構造出另外一對全等三角形吧?於是延長AF至點M,使FM=AF,再連接BM,如下圖:

顯然△ACF≌△MBF,於是∠CAF=∠M,得到AC∥BM,再由AG為∠BAC角平分線,得到∠BAF=∠M,於是△ABM為等腰三角形,而點F同時也是AM中點,於是由三線合一,得到AF⊥BC。

至少此時說明題圖是有意「誤導」,可見平時養成規範作圖的習慣有多麼重要了。

接下來,我們可以找到一對相似三角形,△ADG∽△AFB,之所以選擇這一對,是因為它們中,△ABF的兩邊已知,分別是4和3,另一邊可通過勾股定理求得為√7,那麼另一個△ADG中,三邊之比必定是3:4:√7,於是設DG=3x,AG=4x,至此又陷入第二個困境,FG長度未知。

有學生在此進行了嘗試,將FG表示為√7-4x,然後無論是利用雙勾股或相似比,結果無一例外成為恆等式,說明FG的長度需要另想辦法。

FG是中線AF的一部分,是中線AF被重心G分割出來的一部分,那重心分割的中線兩部分之間又有什麼關係呢?讓我們回憶一下重心的相關知識,如下圖:

在△ABC中,O為三條中線交點即重心,於是圖中△AOE、△AOF、△BOF、……面積全都相等。因此,△AOB面積是△AOE的兩倍,而它們等高,於是OB=2OE,同理,重心O將每條中線都分成1:2兩部分。

回到題目當中來,點G將AF分成的兩部分AG=2FG,於是我們便可以繼續剛才的思路了。

設DG=3x,AG=4x,於是FG=2x,而AF=√7,所以4x+2x=√7,解得x=√7/6,然後求出GH和FG,利用勾股定理求出HF,最後由垂徑定理,HK=2HF,計算出結果為√35/3,選A。

解題反思

重心推導出來的這個結論,在人教版教材中並沒有專門說明,課堂上最多拓展到中線所分割成的六個小三角形面積相等,但只要再多走一步,深入一層,便可得到上述結論。在這道選擇題中,如果沒有它,後續思路無法進行。

從命題角度來看,它所用到的知識點沒有超出教材範疇,依然是常規常法,同時由於位處選擇題,對解題過程並沒有過多要求,但思維上的難度一點也不低,哪怕只是記住了重心的結論,此題也能迅速解得。這考察的就是學生平時的歸納總結能力,一般情況下,只理解了重心是三條中線交點的,沒思路,二般情況下,理解了中線所分兩個三角形面積相等的,隱約可見,三般情況下,理解了重心將中線分成1:2兩部分的,秒答。

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