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动态几何是近些年中考的热点,它主要由动点、动线、动图等三类问题组成.动态几何涉及的知识面相对深而广,目的是为了提升学生综合运用几何知识分析、解决问题的能力.其中,图形变换常常与图形的平移、旋转、翻折等变换相关密切,解答此类问题的关键是熟练应用平移、旋转和轴对称等有关性质.熟记平移、旋转、轴对称等有关性质至关重要.如:“图形在平移、旋转、翻折后对应线段相等,对应角相等,图形的形状、大小、面积均不变”等性质.此外,解答图形变换问题还应注意:图形在运动变换的过程中的特殊情形,特殊点的位置的变化以及不变量在解题中的作用.
梳理图形变换问题时,应尽量做到题型全面、方法系统化,尤其是:一要借助数形结合的方法理解题意;二要掌握相关的数学思想,能熟练用于解题;三要注意从运动过程中的特殊情况入手,找寻解题思路和解题方法,同时注意特殊情形与一般情形相结合.下面例谈几点体会:
一、关注图形变换中的基本概念与基本性质
图形变换的基本性质各具特色,通过设置单一的图形变换,关注图形变换中核心元素的变化规律,突显基础知识的应用.
例如,点P是正方形ABCD内的一点,PA=1,PB=2,PC=3,将 ABP按顺时针方向旋转,使点A与点C重合,此时点P旋转到了G点.
(1)说出此时 APB绕点B旋转了多少度?
(2)连结PG,求PG的长;
(3)猜想 PGC的形状,并说明理由;
(4)试求 APB的度数.
解:(1) APB绕B点顺时针旋转于90 .
(2)连结PG,由旋转的性质可知:BG=BP=2,且 PBG= ABC=90 ,由勾股定理得PG= .
(3) PGC为直角三角形.理由:由旋转的性质可知:GC=AP=1,由(2)可知:PG= ,又由已知得PC=3,故 ,所以 PGC为直角三角形,且 PGC=90 .
(4)由(2)可知: PBG为等腰直角三角形,所以 PGB=45 ,由(3)知: PGC=90 ,所以 BGC= BGP+ PGC=45 +90 =135 ,由旋转的性质可知: APB= CGB=135 .
本题借助于几何直观分别凸显了对图形变换前后对应点、对应线段、对应角的关系等变换性质中的核心元素的识别,体现了旋转图形的方向、角度,结合利用三角形的内角和定理、勾股定理等,涉及到几何的基础知识.
变式题:如图,点P是正三角形ABC内的一点,且PA=6,PB=8,PC=10,若将 PAC绕A点逆时针旋转后得到 P′AB.求:
(1)点P与点P′之间的距离;
(2)求 APB的度数.
解析:(1)连PP′,由旋转的性质得P′A=PA=6, P′AB= PAC,
∴ P′AP= BAC=60 ,∴ P′AP为等边三角形,∴PP′=AP′=AP=6.
(2)在 P′BP中,由旋转的性质得P′B=PC=10,又PP′=6,PB=8,
∴P′P2+PB2=62+82=100=P′B2,∴ P′PB为直角三角形,且 P′PB=90 ,
∴ APB= APP′+ BPP′=60 +90 =150 .
二、突出图形变换在构造探索题中的作用
一些题目以图形变换为问题,使几何图形由静态到动态,丰富了图形间的位置关系
和数量关系,经过探索论证各种几何关系,通过这类问题解答可以提高学生的综合能力.
例如,已知 ABC的面积为3,且AB=AC,现将 ABC沿CA方向平移CA长度得到 EFA.
(1)求 ABC扫过的图形的面积S;
(2)试判断AF与BE的位置关系,并说明理由;
(3)若 BEC=15 ,求AC的长.
解:(1)连结BF,易得BF=AE,BA=FE,所以四边形BFEA为平行四边形,且S□ABFE=2S EFA=2S ABC,故S= S ABC+S□ABFE=3+6=9.
(2)由(1)知四边形ABFE为平行四边形,又AE=AC=AB,所以□ABFE为菱形,所以AF与BE相互垂直.
(3)由 BEC=15 ,AE=AB得 BAC=2 BEC=30 ,过B点作BD AC于D点,则BD= AB= AC,又S ABC= AC·BD= AC· AC= AC2=3,所以AC2=12,所以AC= (负值舍去).
本题利用图形的平移探索基本数量关系,体现了对观察、猜测、验证、推理过程,由平移前后线段扫过的面积的形状,利用特殊四边形的性质判断直线的位置关系,利用三角形的面积公式求线段,在一定程度上可以提升学生的数学素养.
变式题:如图1在矩形ABCD中,对角线AC与BD相交于O点.
(1)画出 AOB平移后的三角形DEC,其平移方向为射线AD的方向,平移的距离为线段AD的长;
(2)试判断上题中四边形CODE的形状,并说明理由;
(3)当四边形ABCD是什么四边形时,(2)中的四边形CODE为正方形?
三、重视图形变换在构造综合问题中的应用
通过数学综合题,设置探索图形变换中的数量规律问题,或者研究图形变换的全过
程来实现对学生数学思想和基本活动经验的培养.
例如,如图正方形ABCD的边长为5cm,在Rt EFG中, ,FG=4cm,EG=3cm,且点B、F、C、G都在直线 上, EFG由点F与点C重合的位置开始沿直线 以1cm/s的速度向左做匀速直线运动.
(1)求点E运动到CD上和运动到AB上的时间;
(2)设 秒后, EFG与正方形ABCD重叠部分的面积为 cm2,求 与 的函数关系式(其中 )
解(1)因为FG=4cm,BC=5cm,所以点E到CD上的时间为 (秒),点E到AB上的时间为: (秒)
(2)设 秒后,EF交CD于H点,则FC= cm,易知 FCH∽ FGE,所以 , , , ( ).
本题将三角形与正方形相结合,以运动为载体,构造了一个动态几何图形,通过用函数刻画面积的变化过程,应用到路程、速度、时间的关系以及相似三角形等性质,可以提高学生对数学知识的综合运用能力.
以上对动态几何中图形变换的问题进行例析,这仅是动态几何中的一个部分,除此之外还有关动点、动直线等.动态几何涵盖有数学的核心知识和分类思想、数形思想、函数与方程思想等,解题的思路往往是通过观察、实验、归纳、类比等获得猜想,并进一步寻求证据,给出证明.通过设置新的实际问题背景,运用特殊图形性质,灵活运用图形的变换这样有利提高学生的合情推理与演绎推理能力.
梳理图形变换问题时,应尽量做到题型全面、方法系统化,尤其是:一要借助数形结合的方法理解题意;二要掌握相关的数学思想,能熟练用于解题;三要注意从运动过程中的特殊情况入手,找寻解题思路和解题方法,同时注意特殊情形与一般情形相结合.下面例谈几点体会:
一、关注图形变换中的基本概念与基本性质
图形变换的基本性质各具特色,通过设置单一的图形变换,关注图形变换中核心元素的变化规律,突显基础知识的应用.
例如,点P是正方形ABCD内的一点,PA=1,PB=2,PC=3,将 ABP按顺时针方向旋转,使点A与点C重合,此时点P旋转到了G点.
(1)说出此时 APB绕点B旋转了多少度?
(2)连结PG,求PG的长;
(3)猜想 PGC的形状,并说明理由;
(4)试求 APB的度数.
解:(1) APB绕B点顺时针旋转于90 .
(2)连结PG,由旋转的性质可知:BG=BP=2,且 PBG= ABC=90 ,由勾股定理得PG= .
(3) PGC为直角三角形.理由:由旋转的性质可知:GC=AP=1,由(2)可知:PG= ,又由已知得PC=3,故 ,所以 PGC为直角三角形,且 PGC=90 .
(4)由(2)可知: PBG为等腰直角三角形,所以 PGB=45 ,由(3)知: PGC=90 ,所以 BGC= BGP+ PGC=45 +90 =135 ,由旋转的性质可知: APB= CGB=135 .
本题借助于几何直观分别凸显了对图形变换前后对应点、对应线段、对应角的关系等变换性质中的核心元素的识别,体现了旋转图形的方向、角度,结合利用三角形的内角和定理、勾股定理等,涉及到几何的基础知识.
变式题:如图,点P是正三角形ABC内的一点,且PA=6,PB=8,PC=10,若将 PAC绕A点逆时针旋转后得到 P′AB.求:
(1)点P与点P′之间的距离;
(2)求 APB的度数.
解析:(1)连PP′,由旋转的性质得P′A=PA=6, P′AB= PAC,
∴ P′AP= BAC=60 ,∴ P′AP为等边三角形,∴PP′=AP′=AP=6.
(2)在 P′BP中,由旋转的性质得P′B=PC=10,又PP′=6,PB=8,
∴P′P2+PB2=62+82=100=P′B2,∴ P′PB为直角三角形,且 P′PB=90 ,
∴ APB= APP′+ BPP′=60 +90 =150 .
二、突出图形变换在构造探索题中的作用
一些题目以图形变换为问题,使几何图形由静态到动态,丰富了图形间的位置关系
和数量关系,经过探索论证各种几何关系,通过这类问题解答可以提高学生的综合能力.
例如,已知 ABC的面积为3,且AB=AC,现将 ABC沿CA方向平移CA长度得到 EFA.
(1)求 ABC扫过的图形的面积S;
(2)试判断AF与BE的位置关系,并说明理由;
(3)若 BEC=15 ,求AC的长.
解:(1)连结BF,易得BF=AE,BA=FE,所以四边形BFEA为平行四边形,且S□ABFE=2S EFA=2S ABC,故S= S ABC+S□ABFE=3+6=9.
(2)由(1)知四边形ABFE为平行四边形,又AE=AC=AB,所以□ABFE为菱形,所以AF与BE相互垂直.
(3)由 BEC=15 ,AE=AB得 BAC=2 BEC=30 ,过B点作BD AC于D点,则BD= AB= AC,又S ABC= AC·BD= AC· AC= AC2=3,所以AC2=12,所以AC= (负值舍去).
本题利用图形的平移探索基本数量关系,体现了对观察、猜测、验证、推理过程,由平移前后线段扫过的面积的形状,利用特殊四边形的性质判断直线的位置关系,利用三角形的面积公式求线段,在一定程度上可以提升学生的数学素养.
变式题:如图1在矩形ABCD中,对角线AC与BD相交于O点.
(1)画出 AOB平移后的三角形DEC,其平移方向为射线AD的方向,平移的距离为线段AD的长;
(2)试判断上题中四边形CODE的形状,并说明理由;
(3)当四边形ABCD是什么四边形时,(2)中的四边形CODE为正方形?
三、重视图形变换在构造综合问题中的应用
通过数学综合题,设置探索图形变换中的数量规律问题,或者研究图形变换的全过
程来实现对学生数学思想和基本活动经验的培养.
例如,如图正方形ABCD的边长为5cm,在Rt EFG中, ,FG=4cm,EG=3cm,且点B、F、C、G都在直线 上, EFG由点F与点C重合的位置开始沿直线 以1cm/s的速度向左做匀速直线运动.
(1)求点E运动到CD上和运动到AB上的时间;
(2)设 秒后, EFG与正方形ABCD重叠部分的面积为 cm2,求 与 的函数关系式(其中 )
解(1)因为FG=4cm,BC=5cm,所以点E到CD上的时间为 (秒),点E到AB上的时间为: (秒)
(2)设 秒后,EF交CD于H点,则FC= cm,易知 FCH∽ FGE,所以 , , , ( ).
本题将三角形与正方形相结合,以运动为载体,构造了一个动态几何图形,通过用函数刻画面积的变化过程,应用到路程、速度、时间的关系以及相似三角形等性质,可以提高学生对数学知识的综合运用能力.
以上对动态几何中图形变换的问题进行例析,这仅是动态几何中的一个部分,除此之外还有关动点、动直线等.动态几何涵盖有数学的核心知识和分类思想、数形思想、函数与方程思想等,解题的思路往往是通过观察、实验、归纳、类比等获得猜想,并进一步寻求证据,给出证明.通过设置新的实际问题背景,运用特殊图形性质,灵活运用图形的变换这样有利提高学生的合情推理与演绎推理能力.