初中數學:課本上沒有的《正方形》「十字架」模型

2020-12-12 初中數學解題秀

正方形是初中數學中一類重要的四邊形,具備平行四邊形的一切性質。因為正方形既是軸對稱圖形,又是中心對稱圖形,是個「完美」圖形,因此它性質極其豐富,也是每年中考數學命題的熱點。

本文介紹初中數學課本上沒有的《正方形》「十字架」模型,希望給讀者朋友們帶來點啟發,拓寬思路。

例題:如圖,正方形ABCD邊長為4,DF⊥CE。

(1)求證:DF=CE.

(2)若F是AB中點,證明:BG=BC,並求sin∠GBC=____

(3)F在運動過程中,求BG的最小值=_______

第(1)問:「十字架」模型,結論是若DF⊥CE,則DF=CE.可以用全等來證明,也可以看作是「一線三等角」模型的(平移)小推廣。如圖

第(2)問,證明方法很多,思考角度不同,入手點不同,皆可求證計算,下面提供兩種比較「精巧」的解法!

方法1:解法1:過G點作HI⊥BC,容易證明:圖中除了△BGI外,餘下所有的直角三角形都相似!而且相似比(自身比)都是1:2:√5。如圖計算,可以知道BG=BC=4,sin∠GBC=4/5.

解法2:由DC=4定,DC對著的∠DGC=90°定,知道「定弦定角必有隱圓」,如圖,容易證明得到:BG和BC都是圓M的切線,由切線長相等,所以BG=BC。

連接BM,得到∠GBC=2∠MBC,而tan∠MBC=1/2,得sin∠GBC=4/5。

(如何根據tan∠MBC=1/2,來求出sin∠GBC=4/5,這裡面計算方法很多,不作展開。在此留給讀者朋友三種計算思路;①可以是三角函數計算,②可以是半倍角構圖計算,③可以是常用三角比結論,以後我會專門寫一篇文章,5種方法展示計算思路。)

第(3)問:由第二問的解法2,不難看出G點的「軌跡」是以DC為直徑的半圓,連接BM與圓M相交,當G是BM與圓M的交點時候,此時BG最小,可以口算:BG=BM-r=2√5-2.

寫到這裡,本題算是解完了,但是「餘音繞梁」「不絕於耳」,還有很多種方法,甚至可以將B點作為原點構造坐標系,將正方形ABCD放在坐標系裡,解析處理。而具體的計算方法,要熟練用相似三角形,三角函數,1:2:√5的放縮計算技巧,達到好思路+快計算的解題效果。

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