初中数学:几何“十字架”模型解析
“十字架模型”是数学平面几何中比较重要的一个模型。常见的类型有正方形中的十字架和矩形中的十字架。
在矩形或正方形中,具有“两条互相垂直的线段(四个端点分别在四条边上)”是这类题目的关键条件,我们称之为“内十字架”模型.
一、正方形中的“十字架”模型
我们先从正方形了解什么是“十字架”模型,见下图:
图一:
正方形中bd、ad垂直,be、af也垂直
那么bd和ad、be和af是否相等?
结论是相等的。
可以通过全等来证明。
那么我们可以得出下面结论:
在正方形的对边分别取点并相连,所得两条线段①若垂直,则相等.②若相等,则垂直.
二、矩形中的“十字架”模型
图二:
我们可以得出很多相似三角形,这边我们就不一一讲述。
那么我们可以得出下面结论:
在矩形十字架模型中,若在矩形对边上分别取点并相连,所得两条线段若垂直,则十字架之比与矩形邻边“成比例”
比如图二:ac/cd=ef/cb
具体结论如下:
三、三角形中的“十字架”模型
通过延长构造平行四边形(三角形),然后利用相似、全等进行求解。具体见下面几个案例。
案例1:
三种解题思路:
第一种思路,作ag∥bc与ce延长线交于点g,构造相似,借助垂直导角,利用正切或相似求出ag即可。此种解法不用设未知数,计算更简便,求ae与be的比,然后按比例分配即可。
第二种思路,作bg∥ac与ce延长线交于点g,构造相似,借助垂直导角,利用正切或相似求出ag即可。同样不用设未知数,计算更简便。此种思路其实跟第一种方法几乎一样。
第三种思路:作dg⊥ab,构造△bgd和△bfe相似,或利用余弦值相等求解即可。这种就是爆算,技巧性不强,但对于解题也是万能,至少考试做对就给分。
案例2:
方法一:平行四边形 共圆
分别作ad、de的平行线交于点f,
则adef为平行四边形,∠fec=∠dae=60°,
而ad=ec,ad=ef得ef=ec,故∠ecf=30°
故∠hcf=90°,
而af||de,故∠baf=90°,
得a、f、c、h共圆,∠afh=∠ach=60°,
故ah=af,af=de,故ah=√(3)de
方法二:相似三角形
作dg、ai、ej垂直于bc于点g、i、j
作ef⊥dg于点f
易知△ahi~△edf
而ef=gj=bc-bg-jc=bc-(1/2)bd-(1/2)ec
=bc-(1/2)(bd ec)=bc-(1/2)(bd ad)=(1/2)bc,
而ai=√(3)bi=(√(3)/2)bc,即有ai=√(3)ef
故ah=√(3)de
我们常见的“十字架”题型较多,归根到底就是通过构造全等或者相似三角形来进行求解。
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