中考熱點:類比探究之全等三角形難題,有法可破,拿滿分可期

2021-01-16 中學數學精準輔導

縱觀近幾年一些省市中考數學壓軸題,幾乎都是類比探究題,學生對這類題真實又愛又恨,愛是因為它的分值高,10分左右,恨是因為對這類題一籌莫展,感覺它變幻莫測,摸不到規律,老師講一個會一個,再遇到還是不會做。通過本文類比探究之全等三角形問題的分類講解總結,願能對考生助一臂之力,雖是考試難點,我們有法可破!只要同學們牢固掌握解這類題目的方法,考場相見類比探究類題目,提筆拿滿分可以做得到。

A.方法要點:

類比探究是一類共性條件與特殊條件相結合,由特殊情形到一般情形(或由簡單情形到複雜情形)逐步深入,解決思想、方法一脈相承的綜合性題目,常以幾何綜合題為主.

解類比探究題目的一般方法:①根據題幹條件,結合分支條件先解決第一問.②用解決第一問的方法類比解決下一問;整體解題框架照搬:照搬字母、照搬輔助線、照搬思路.

B.典型精析:

類型1 類比已知題幹提供的方法進行深入類比探究

例1.某學習小組在探究三角形全等時,發現了下面這種典型的基本圖形:

(1)如圖1,已知:在△ABC中,∠BAC=90°,AB=AC,直線m經過點A,BD⊥直線m,CE⊥直線m,垂足分別為點D、E.試猜想DE、BD、CE有怎樣的數量關係,請直接寫出______;

(2)組員小穎想,如果三個角不是直角,那結論是否會成立呢?如圖2,將(1)中的條件改為:在△ABC中,AB=AC,D、A、E三點都在直線m上,並且有∠BDA=∠AEC=∠BAC=α(其中α為任意銳角或鈍角).如果成立,請你給出證明;若不成立,請說明理由.

(3)數學老師讚賞了他們的探索精神,並鼓勵他們運用這個知識來解決問題:

如圖3,F是∠BAC角平分線上的一點,且△ABF和△ACF均為等邊三角形,D、E分別是直線m上A點左右兩側的動點(D、E、A互不重合),在運動過程中線段DE的長度始終為n,連接BD、CE,若∠BDA=∠AEC=∠BAC,試判斷△DEF的形狀,並說明理由.

【分析】(1)先利用同角的餘角相等,判斷出∠ABD=∠CAE,進而判斷出△ADB≌△CEA,得出BD=AE,AD=CE,即可得出結論;

(2)先利用等式的性質,判斷出∠ABD=∠CAE,進而判斷出△ADB≌△CEA,得出BD=AE,AD=CE,即可得出結論;

(3)由(2)得,△BAD≌△ACE,得出BD=AE,再判斷出△FBD≌△FAE(SAS),得出∠BFD=∠AFE,進而得出∠DFE=60°,即可得出結論.

【解答】(1)DE=BD+CE,

理由:∵∠BAC=90°,∴∠BAD+∠CAE=90°,

∵BD⊥m,CE⊥m,∴∠ADB=∠CEA=90°,

∴∠BAD+∠ABD=90°,∴∠ABD=∠CAE,

在△ADB和△CEA中,∠ADB=∠CEA=90°,∠ABD=∠CAE,AB=AC,

∴△ADB≌△CEA(AAS),∴BD=AE,AD=CE,∴DE=AD+AE=BD+CE,

故答案為:DE=BD+CE;

(2)解:結論DE=BD+CE成立;

理由如下:∵∠BAD+∠CAE=180°﹣∠BAC,∠BAD+∠ABD=180°﹣∠ADB,∠BDA=∠BAC,∴∠ABD=∠CAE,

在△BAD和△ACE中,∠ADB=∠CEA=α,∠ABD=∠CAE,AB=AC,

∴△BAD≌△ACE(AAS),∴BD=AE,AD=CE,∴DE=DA+AE=BD+CE;

(3)△DFE為等邊三角形,

理由:由(2)得,△BAD≌△ACE,∴BD=AE,

∵∠ABD=∠CAE,

∴∠ABD+∠FBA=∠CAE+FAC,即∠FBD=∠FAE,

在△FBD和△FAE中,FB=FA,FBD=∠FAE,BD=AE,

∴△FBD≌△FAE(SAS),∴FD=FE,∠BFD=∠AFE,

∴∠DFE=∠DFA+∠AFE=∠DFA+∠BFD=60°,∴△DFE為等邊三角形.

【點評】此題是三角形綜合題,主要考查了全等三角形的判定和性質,等邊三角形的判定和性質,判斷出∠ABD=∠CAE是解本題的關鍵.

類型2 拾級而上,由淺至深,問題先易後難的類比探究問題

例2.情景觀察:(1)如圖1,在△ABC中,AB=AC,∠BAC=45°,CD⊥AB於D,AE⊥BC於E,CD與AE相交於點F.

①寫出圖1中兩對全等三角形_________;

②線段AF與線段CE的數量關係是______.

問題探究:(2)如圖2,在△ABC中,AB=BC,∠BAC=45°,AD平分∠BAC,且AD⊥CD於D,AD與BC交於點E.求證:AE=2CD.

拓展延伸:(3)如圖3,在△ABC中,AB=BC,∠BAC=45°,點D在AC上,∠EDC=1/2∠BAC,DE⊥CE於E,DE與BC交於點F.求證:DF=2CE.

【分析】情景觀察:(1)①根據等腰三角形的性質可得BE=EC=1/2BC,根據「SSS」可證△ABE≌△ACE,根據「ASA」可證△ADF≌△CDB;

②根據全等三角形的性質可得AF=BC=2CE;

問題探究:(2)延長AB、CD交於點G,由題意可得∠ABC=90°,根據「ASA」可證△ADC≌△ADG,可得GC=2CD,根據「ASA」可證△ADC≌△CBG,即可得AE=CG=2CD;

拓展延伸:(3)作DG⊥BC於點H,交CE的延長線於G,由題意可得∠ABC=90°,可得HD∥AB,可得∠GDE=∠CDE,根據「ASA」可證△GDE≌△CDE,可得CG=2CE,根據「ASA」可證△DHF≌△CHG,可得DF=CG=2CE.

【解答】情景觀察:(1)①∵AB=AC,AE⊥BC,

∴BE=EC=1/2BC,且AB=AC,AE=AE,∴△ABE≌△ACE(SSS)

∵CD⊥AB,∠BAC=45°,∴∠BAC=∠ACD=45°,∴AD=CD,

∵AE⊥BC,CD⊥AB,∴∠B+∠BAE=90°,∠B+∠BCD=90°,

∴∠BAE=∠BCD,且∠ADC=∠BDC=90°,AD=CD,

∴△ADF≌△CDB(ASA)

故答案為:△ABE≌△ACE,△ADF≌△CDB;

∵△ADF≌△CDB∴BC=AF,∴AF=2CE,故答案為:AF=2CE;

問題探究:(2)如圖,延長AB、CD交於點G,

∵AD平分∠BAC,∴∠CAD=∠GAD,

∵AD⊥CD,∴∠ADC=∠ADG=90°,

在△ADC和△ADG中,ADC=∠ADG,AD=AD, ∠CAD=∠GAD,

∴△ADC≌△ADG(ASA),∴CD=GD,即CG=2CD,

∵∠BAC=45°,AB=BC,∴∠BAC=∠BCA=45°

∴∠ABC=90°=∠CBG=90°,∴∠G+∠BCG=90°,

∵∠G+∠BAE=90°,∴∠BAE=∠BCG,

在△ABE和△CBG中,∠ABE=∠CBG,AC=AB, ∠BAE=∠BCG,

∴△ADC≌△CBG(ASA),∴AE=CG=2CD

拓展延伸:(3)如圖,作DG⊥BC於點H,交CE的延長線於G,

∵∠BAC=45°,AB=BC,∴∠BAC=∠ACB=45°,

∴AB⊥BC,且DG⊥BC,∴DG∥AB,∴∠GDC=∠BAC=45°,

∵∠EDC=1/2∠BAC,

∴∠EDC=1/2∠BAC=22.5°=∠EDG,∴DH=CH,

又∵DE⊥CE,∴∠DEC=∠DEG=90°,

在△DEC和△DEG中,∠EDC=∠EDG,,DE=ED,∠DEC=∠DEG,

∴△DEC≌△DEG(ASA),∴DC=DG,GE=CE,

∵∠DHF=∠CEF=90°,∠DFH=∠CFE,∴∠FDH=∠GCH,

在△DHF和△CHG中,∠FDH=∠GCH,DH=CH,∠DHF=∠CEG=90°,

∴△DHF≌△CHG(ASA),∴DF=CG=2CE.

【點評】本題是三角形綜合題,考查了全等三角形的判定和性質,等腰三角形的性質,添加恰當的輔助線構造全等三角形是本題的關鍵.

類型3 運動變換下的類比探究問題

例3.如圖1,在△ABC中,AC=7,∠ACB=45°,將△ABC繞點B按順時針方向旋轉,得到△DBE(其中A與D對應)

(1)如圖2,當點C在線段ED的延長線上時,△CDB的面積為2

①求證:CB平分∠ACE;②求BC的長;

(2)如圖3,在(1)的條件下,點F為線段AB的中點,點P是線段DE上的動點,在旋轉過程中,線段FP長度的最大值與最小值之和等於_______(請直接寫出答案).

【分析】(1)①如圖2中,連接CD.只要證明∠ACB=∠ECB=45°即可;

②如圖2中,作BH⊥DE於H.首先證明△BCE是等腰直角三角形,設BH=CH=HE=x,利用三角形的面積公式構建方程求出x即可解決問題;

(2)如圖3,過B作BP⊥AC於P,以B為圓心BP為半徑畫圓交BC於P1,FP1有最小值,如圖,以B為圓心BC為半徑畫圓交AB的延長線於P2,FP2有最大值,求出最大值和最小值即可解決問題;

【解答】(1)①證明:如圖2中,連接CD.

∵BE=BC,∴∠E=∠BCE=45°,

∵∠ACB=45°,∴∠ACB=∠ECB,∴BC平分∠ACE.

②如圖2中,作BH⊥DE於H.

∵BC=BE,∠E=∠BCE=45°,∴△BCE是等腰直角三角形,

∵BH⊥CE,∴CH=HE,

∴BH=HC=HE,設BH=HC=HE=x,則CD=2x﹣7,

∵S△CDB=2,

∴1/2×(2x﹣7)×x=2,解得x=4或﹣1/2(捨棄),

∴BH=CH=4,∴由勾股定理可求得BC=4√2.

(2)如圖3,過B作BP⊥AC於P,以B為圓心BP為半徑畫圓交BC於P,FP有最小值,

此時在Rt△BPC中,CP=PB=4,AP=3,

∴由勾股定理可求得AB=5,∴BF=5/2,∴BP=4,

∴FP的最小值為4﹣5/2=3/2;

如圖,以B為圓心BC為半徑畫圓交AB的延長線於P2,FP2有最大值;

此時FP2=BC+BF=4√√2+5/2,∴線段FP的最大值與最小值的和為4+4√2.

故答案為4+4√2.

【點評】此題考查三角形綜合題、等腰直角三角形的判定和性質、勾股定理、三角形的面積等知識,關鍵是根據旋轉的性質和三角形的面積公式進行解答,屬於中考壓軸題.

C.牛刀小試:

1.在△ABC中,∠BAC=90°,AB=AC,點D為直線BC上一動點(點D不與B、C重合),以AD為直角邊在AD右側作等腰直角三角形ADE,且∠DAE=90°,連接CE.

(1)如圖①,當點D在線段BC上時:

①BC與CE的位置關係為______;

②BC、CD、CE之間的數量關係為_______.

(2)如圖②,當點D在線段CB的延長線上時,結論①,②是否仍然成立?若不成立,請你寫出正確結論,並給予證明.

(3)如圖③,當點D在線段BC的延長線上時,BC、CD、CE之間的數量關係為_______ .

答案為:(1)BC⊥CE,BC=CD+CE;(2)結論①成立,②不成立,結論:CD=BC+CE; (3)CE=BC+CD.

【解析】(1)根據條件AB=AC,∠BAC=90°,AD=AE,∠DAE=90°,判定△ABD≌△ACE(SAS),

①利用兩角的和即可得出結論;

②利用線段的和差即可得出結論;

(2)同(1)的方法判斷出△ABD≌△ACE(SAS),得出BD=CE,∠ACE=∠ABD=135°,即可解決問題;

(3)同(1)的方法判斷出△ABD≌△ACE(SAS),得出BD=CE,再根據BD=BC+CD,即可得出結論.

2.實驗中學學生在學習等腰三角形性質「三線合一」時

(1)【探究發現】如圖1,在△ABC中,若AD平分∠BAC,AD⊥BC時,可以得出AB=AC,D為BC中點,請用所學知識證明此結論.

(2)【學以致用】如果Rt△BEF和等腰Rt△ABC有一個公共的頂點B,如圖2,若頂點C與頂點F也重合,且∠BFE=1/2∠ACB,試探究線段BE和FD的數量關係,並證明.

(3)【拓展應用】如圖3,若頂點C與頂點F不重合,但是∠BFE=1/2∠ACB仍然成立,【學以致用】中的結論還成立嗎?證明你的結論.

【解析】(1)只要證明△ADB≌△ADC(ASA)即可.

(2)結論:DF=2BE.如圖2中,延長BE交CA的延長線於K.想辦法證明△BAK≌△CAD(ASA)即可解決問題.

(3)如圖3中,結論不變:DF=2BE.作FK∥CA交BE的延長線於K,交AB於J.利用(2)中結論證明即可.

【方法總結】解決這一類題主要有三個步驟:

一、尋找基本圖形模型:

第一問比較簡單,一般在特殊條件下,考查全等、三角函數、三角形內角和定理、中垂線和角平分線的性質定理等簡單知識點,大多數學生都可以做對;第二問,將第一問的特殊條件減弱,或者將圖形中的點、線、形作平移、旋轉變換等,要求學生仿照第一問,解決問題.

要想解決第二問,需要尋找第一問的基本圖形。

二、比葫蘆畫瓢,順藤摸瓜:「藤」是指由題幹中不變的條件、由基本圖形得出的結輪,找到「藤」,比葫蘆畫瓢,類比特殊情況下的結論解決第二問。

三、構造基本圖形,得出結論:,應用第一問和第二問的結論,解決相關問題.這一問的難點在於:如何準確第找出基本圖形,應用前兩問的結論.

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