在涉及三角形及四邊形(含梯形)的證明和計算題中,經常會用到「中位線」。「中位線理論」出現在初中數學「平行四邊形及特殊的四邊形」相關內容裡。在四邊形的求證題型,特別是有關線段長度求證和計算過程中,利用中位線理論,有時可以意想不到的便利。三角形的求證,也可以從平行四邊形相關求證方法中借鑑一二。
考慮到初中數學的數形結合證明題中,四邊形的證題有時會出現涉及梯形的求證題型,而且梯形的中位線與三角形和四邊形中位線的使用方法相通,因此,本文將梯形中位線做為拓展知識一起講述。需要注意的是,「中位線理論」在三角形的求證題型中,應用的次數要多於四邊形(含梯形)。
一、中位線定義:
把連接三角形任意兩邊中點的線段叫做三角形的中位線。
梯形中位線定義:連結梯形兩腰中點的線段叫做梯形的中位線,注意:連結兩腰中點的線段,不是連結兩底中點的線段.
二、中位線的性質及相關內容:
1、三角形的中位線:平行於第三邊,並且等於第三邊的一半。(這裡要注意:中點的位置;中位線與第三邊的位置和數量關係)。
梯形的中位線:平行於兩底,並且等於兩底和的一半。
2、中位線的應用範圍:
①判別線段的位置(平行)關係
②確定線段的大小、倍數、和差等關係;
③計算圖形中某線段的長度:利用中位線起到「橋梁樞紐」關係;
3、中位線應用「提示」:數形結合類題目中,尤其在三角形求證類題目,已知條件出現「某線段中點」,或者在證明過程中出現「某線段的中點」內容,就要聯想到「中位線理論」。
4、運用方法:在解題過程中,儘可能添找中點,確認、或者利用輔導線構建包含帶有中點的三角形,或者梯形(四邊形,或者是平行四邊形),使用含有中點的線段,重新構建三角形。梯形題型的解法類似於三角形和四邊形,「舉一反三」即可。
5、中位線定理的可逆:
①經過三角形一邊中點,平行於另一邊的直線,必定平分第三邊;
②經過梯形一腰的中點與底邊平行的直線,必定平分另一腰;
由「中位線定理」的可逆性,聯想到「平行線截比例線段定理」,這個定理在相似三角形有關內容的求證時應用比較廣泛:一組平行線在一直線上截得相等線段,在其他直線上截得的線段也必定相等。
6、分清「中位線和中線」的區別:要把三角形的中位線與三角形的中線區分開,三角形中線是連結一頂點和它的對邊中點的線段,而三角形中位線是連結三角形兩邊中點的線段。
三、例題:
【例1】已知:如圖,在平行四邊形ABCD中,E是CD的中點,F是AE的中點,FC與BE交於G.求證:GF=GC。
【解析】在初中知識中,能證明線段相等的方法通常是兩種:①等邊對等角;②證明全等。採用何種方法,與題中給出的條件和暗示相關:前者需要有角度的提示,或者出現證明角度相等的隱含提示;後者則是比較通用的方法,只要能找到符合證明普通三角形全等定理的條件,就可以證明。但本題明顯不屬於兩者中任意一種。於是,從題目中已知條件「E是CD的中點,F是AE的中點」尋找到解題突破口:聯想到「中位線定理」,通過 「中位線」構築「平行四邊形」,進而利用平行四邊形的性質:「平行四邊形的對角線相互平分」,可以求證。
【解析】取BE中點H,連接FH,CH。
∵F是AE的中點,
∴FH∥AB,AB=2FH
又 ∵ CD∥AB,E是DC的中點,
∴AB=2DE=2EC
∴CE∥FH,CE=FH
∴四邊形FHCE是平行四邊形,
∴GF=GC
【例2】已知:在△ABC中,BC>AC, AD=BC,連結DC。過AB、DC的中點E、F作直線,直線EF與直線AD、BC分別相交於點M、N。∠AMF=∠BNE。
【解析】若想證明∠ENB=∠AMF,考慮到已知條件中「E、F是AB、DC的中點」,因此,最好的方法是添加輔導線,利用中位線和平行線的關係求證。
【證明】取AC的中點H,連結HF,HE
∵F是DC中點,H是AC中點,
∴△ACD中,HF∥AD,AD=2HF
∴∠AMF=∠HFE(兩直線平行,同位角相等)
同理,在△ACB中,HE∥BC,BC=2HE
∵AD=BC
∴HF=HE
∴∠HEF=∠HFE
∴∠AMF =∠ENB
最後,贅述一句:在「數形結合」的解題過程中,首先要「讀懂題」,理解題意,「題目說的是什麼、求什麼」;其次要注意「題設與求證」之間「需要用什麼方法聯通」,深挖「題設部分與求證部分的內容之間,涉及到哪些定理定律」。找到彼此之間的聯絡,解題思路就會順然而開,至於解題方法,其實排在第三位。這也是平時所謂的「解題思維」。(昨天的一篇文章,不小心信用分被扣10分,真令人沮喪。謝謝您的本次閱讀,敬請繼續關注作者「觀海松說教育」。如果您有更好建議,敬請評論分享。)