七年級下數學培優:軸對稱中的數學思想(建議學有餘力學生學習)

2021-01-11 師者馥仁心

七年級下學期的數學中,學生很多都重點關注全等三角形和變量,認為這是重點又是難點。往往會略軸對稱和等腰三角形這一部分,認為知識點少且一目了然,節本上的題目也非常簡單,複習的時候一帶而過。

其實,在七年級下冊的數學知識中,軸對稱和等腰三角形部分後續的應用和考察方式靈活多樣,且可以和相似、四邊形、圓、一次函數、反比例函數、二次函數等知識綜合靈活的結合在一起,是最值問題的一個重要解決策略。並且學生最覺得難做的摺疊問題,其本質也是軸對稱。

本篇文章在課本基礎上,拓展知識和題型,讓學生更全面深入的了解軸對稱和等腰三角形的知識和,滲透數學思想方法,提高數學素養,為今後學習打下良好的基礎。本篇內容因內容難度較大,建議學有餘力的學習練習。

一、核心知識

1.軸對稱圖形和兩圖形成軸對稱:

如果把一個圖形沿某條直線對摺,對摺的兩部分是完全重合的,那麼就稱這樣的圖形為 軸對稱圖形,這條直線叫做這個圖形的對稱軸。

把一個圖形沿著某一條直線翻折過去,如果它能夠與另一圖形重合,那麼就說這兩個圖形成軸對稱,這條直線就是對稱軸,兩個圖形中的對應點叫做對稱點。

軸對稱圖形是對兩個圖形而言,而成軸對稱是 一個圖形之間的關係,如果把成軸對稱的兩個圖形看成一個整體,那麼它又可看成是一個軸對稱圖形。

2.軸對稱的性質:成軸對稱的兩個圖形 全等;成軸對稱的兩個圖形對應點連線被對稱軸 ;

3. 有兩條邊相等的三角形,叫做等腰三角形;三條邊都相等的三角形叫做 等邊三角形。

4.等腰三角形的性質:

性質1:等腰三角形的兩個兩邊 相等

性質2:等腰三角形的三線合一

等腰三角形是軸對稱圖形

5. 等腰三角形的判定:

如果一個三角形有兩個相等,那麼這兩個角所對的邊也相等

6.等邊三角形的性質:

(1)等邊三角形是軸對稱圖形,且有三條對稱軸;

(2)等邊三角形的各角相等且每一個角都等於60度;

7.等邊三角形的判定:

(1)三條邊都相等的三角形是等邊三角形.

(2)三個角都相等的三角形是等邊三角形.

(3)有一個角等於60°的等腰三角形是等邊三角形.

8. 與對稱構造有關的直角三角形的性質:

性質一:「在直角三角形中,30°的銳角所對的直角邊等於斜邊的一半」

性質二:「在直角三角形中,如果一條直角邊等於斜邊的一半,那麼這條直角邊所對的銳角等於30°」

二、題型分析

(一)、軸對稱性質的簡單應用

【例1】如圖1,把△ABC紙片沿DE摺疊,當點A落在四邊形BCED內部時,則∠A與∠1+∠2之間有一種數量關係始終保持不變,請你試著找一找這個規律,你發現的規律是( )

A.∠A =∠1+∠2 B.2∠A =∠1+∠2

C.3∠A =∠1+∠2 D.3∠A =2(∠1+∠2)

【點撥】考慮把圖形還原,則折起的部分與折起前是什麼關係呢?

【反思與小結】根據問題的某些特徵,運用軸對稱思想去添加輔助線,把已知圖形的部分或全部補為軸對稱形,再利用軸對稱性質,常常能較易地從圖形各元素的對應關係發現其間的內在聯繫,找到解題的思路.

(二)、利用軸對稱設計圖案

【例2】如圖是由三個小正方形組成的圖形,請你在圖中補畫一個小正方形,使補畫後的圖形為軸對稱圖形.

【點撥】小正方形本身就是軸對稱圖形,而且有四條對稱軸,觀察圖中三個小正方形組成的圖形不是軸對稱圖形,至少需要增畫一個小正方形才能組成軸對稱圖形,思考正方形的對稱軸有幾條?如何應用對稱軸增畫一個小正方形使其組成一個軸對稱圖形?

【反思與小結】每個正三角形有三條對稱軸,每個正方形有四條對稱軸,每個正邊形有條對稱軸。本題利用正方形有四條對稱軸,分別添畫一個正方形使其變成軸對稱圖形,實際上就是根據正方形四條的對稱軸進行添畫。

【舉一反三】如圖甲,正方形被劃分成16個全等的三角形,將其中若干個三角形塗黑,且滿足下列條件:

(1)塗黑部分的面積是原正方形面積的一半;

(2)塗黑部分成軸對稱圖形.

如圖乙是一種塗法,請在圖1~3中分別設計另外三種塗法.(在所設計的圖案中,若塗黑部分全等,則認為是同一種塗法,如圖乙與圖丙.)

【解答】

【反思與小結】此類問題主要是利用正方形的軸對稱性性質,根據具體要求分類探究。

(三)、軸對稱變換與最短路程

【例3】最短路程畫圖

問題一:如圖1,點A、點B在直線的兩側,在直線上畫一點P,使得PA+PB最小

問題二:如圖2,點A、點B在直線的同側,在直線上畫一點P,使得PA+PB最小

問題三:如圖3,在∠AOB內部有一個點定點P,能否分別在OA、OB上畫一個點M、N,使得△PMN的周長最小?

若∠AOB=30°,OP=10,求△PMN周長的最小值?

【點撥】(1)思考能否應用線段的性質進行解答?

【解答】

【反思與小結】對於(1)主要是應用線段的性質進行解答;對於(2)是如何應用對稱將將七轉化為(1)?對於解決(3)中兩個動點的問題的策略是令其中的一個動點M(或N)固定,找到合適的點N(或M),再讓動點M(或點N)運動,找到合適的答案。也就是說:將(3)轉化為問題(1)、(2)的情形。例3是求「最短路程」的重要模型,一定要注意總結歸納提升。

【舉一反三(1)】最短路程畫圖:

從A到B地需要穿過一條河,而河的寬度為,由於經濟方面的思考,建造過河的橋要垂直於河的兩岸(河的兩岸平行),請設計行走路線,使所走的線路的長度最短?

【點撥】對於圖1,利用兩點之間線段最短容易解決;對於圖2,實際行走是「地面上陸地——橋——地面上的陸地」,對於地面上的路可行走直線段,而對於橋,需要走河的寬度,由於是在紙上設計行走路線,能否先走河的寬度,再走陸地上的直線段?那麼如何設計線路?

【解答】

【舉一反三(2)】直線⊥,點B在直線上,點C在直線上,A、D是平面上的固定點,請設

計點B、C使得四邊形ABCD的周長最小?

【舉一反三(3)】最短路程畫圖 如圖,從A地到B地需要穿過兩條河,而河的寬度分別為、,由於經濟方面的思考,建造過河的橋要垂直於河的兩岸(河的兩岸平行),請設計行走路線,使所走的線路的長度最短?

【點撥】能否仿照上題的(2)思考?如何設計?

【舉一反三(4)】在正△ABC中,BD⊥AC於D,點N在BC上運動,點M在BD上運動,如何設計M、N才能使得CM+MN最短?

(四)、軸對稱性質應用與特殊圖形面積的求法

【例4】如圖,在△ABC中,∠ACB=90°,AC=BC,AB=a,求△ABC的面積值

【點撥】思考一:要求,需要知道△ABC的底與高,而條件中已知斜邊,能否求出斜邊上高?

思考二:兩個△ABC會組成怎樣的圖形?能否求出它的面積?四個△ABC會組成怎樣的圖形?能否求出它的面積

【反思與小結】兩個全等的等腰直角三角形組成一個大的等腰直角三角形,四個全等的等腰直角三角形能組成一個正方形,而正方形的邊就是直角三角形的斜邊,容易求出其面積。本題實際上是利用等腰直角三角形和對稱的性質進行構造與轉

(五)、簡單軸對稱圖形的構造

【例5】如圖,在△ABC中,∠ACB=90°,∠A=30°,求證:BC=AB

【點撥】思考一:要證:BC=AB,也就是證明AB=2BC,如何構造2 BC,能否應用對稱法構造2 BC?

思考二:要證:BC=AB,其中∠A=30°,得到∠B=60°,能否以∠B為其中的一個角構造等邊三角形進行證明?

【舉一反三】如圖,在△ABC中,∠ACB=90°,BC=AB,

求證:∠BAC=30°,

【點撥】思考一:由已知條件BC=AB,能否應用對稱法構造2 BC?

思考二:要證明∠A=30°,只要證明∠B=60°問題解決,

能否以∠B為其中的一個角構造等邊三角形進行證明?

【反思與小結】要證明倍分問題,一般是採取「加倍法」和「折分法」;本題實際上直角三角形的兩個重要性質的證明。

性質一:「在直角三角形中,30°所對的直角邊等於斜邊的一半」

性質二:「在直角三角形中,若一條直角邊等於斜邊的一半,則這條直角邊所對的銳角等於30°」

在證明這兩條性質時應用了對摺構造的方法。

【例6】如圖,在△ABC中,AD⊥BC於D,∠B=2∠C,求證:AB十BD=CD

【點撥】要證AB十BD=CD.能否應用「截長補短」?如何「截長」?如何「補短」?

【反思與小結】本題實際上應用了對稱變換。通過對稱,將某些元素相對集中,從而易於問題的解決。

【例7】在四邊形ABCD中,AC平分∠DAB,,過點C作CE⊥AB於E,並且AE=1/2(AB+AD),

求證:∠D+∠ABC=180°

【點撥】由已知AC平分∠DAB,能否利用角平分線構造對稱圖形,通過對稱的性質探究解法?

【反思與小結】角平分線所在直線是角的對稱軸。通過角平分線所在直線構造對稱圖形,利用軸對稱圖形的性質解答問題,是一種重要輔助線的構造方法。本題利用角平分線,構造全等進而解決問題。

【舉一反三】在△ABC中,AD平分∠BAC,M為BC的中點,DM⊥BC於M,

若AB=10,AC=6,DE⊥AB於E,DF⊥AC於F,

①求證:△ADE≌△ADF,②求證:△BDM≌△CDM,③求AE的長度;

【點撥】對於①、②,由角平分線和垂直平分線的對稱性容易得到;

對於③要求AE的長,已知AB、AC的長度,

由全等三角形的性質能否得出AB、AC、AE、AF之間關係?

有何關係?

【反思與小結】角平分線所在直線是一個角圖形的對稱軸。利用角平分線可以構造全等三角形,可以得到線段、角之間的關係。本例是利用角平分線構造全等三角形,從而得到角、線段之間的關係。

【例8】如圖,在△ABC中,AC=BC,∠ACB=90°,D是AC上的點,AE⊥DE交BD的延長線於點E,且AE=

求證:BD平分∠ABC

【點撥】要證明:BD平分∠ABC,發現圖形給人以「不完整」的感覺,能否將圖形成「完整圖形」通過構造全等給以證明?

【反思與小結】本題在證明BD平分∠ABC時所構造的輔助線,實際上是在分析的基礎上,利用軸對稱構造全等三角形進行解答。

三、總結與積累

在軸對稱變換下,圖形上兩點間的距離、角度、面積等保持不變,而這種變換在現實生活中有著廣泛的應用和豐富的文化價值.同時通過這種變換,可以使相關的元素相對集中,從而構造新圖形,在解決問題中起著出奇制勝的效果. 等腰三角形是以頂角平分線所在直線為對稱軸的軸對稱圖形,等腰三角形的「兩底角相等」、「三線合一」等性質是幾何證明和計算的重要依據.善於發現、構造等腰三角形,進而利用等腰三角形的性質為解題服務是解幾何題的常用技巧.

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