初等几何中直线型面积问题

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  贵州省松桃县普觉镇 (554100)
  如图1-1所示在△ABC中,D是BC的中点,MD丄ND,MD交AB于M,ND交AC于N,
  求证:BM+CN>MN
  1.把题目中不确定条件特殊化,研究结论变化由于本题中△ABC的形状是不确定的,不妨把△ABC指定成更具体的直角三角形,如果令∠A=90?于是有:
  拓展1 如图1-2所示,在直角△ABC中∠A=90°,D是BC的中点,MD丄ND,MD交AB于M,ND交AC于N,那么问题1中结论还成立吗?BM、CN、MN间是否有新的关系呢?可以证明BM、CN、MN间不但具有问题1中结论,还有BM2+CN2=MN2 这一新关系。
  证明:将△DNC绕D点顺时针旋转180?到△DEB位置,易知∠MBE=90°,BE=CN,从而EM2=BM2+BE2=BM2+CN2。又因为DN=DE(由旋转知)、∠MDN=90°,所以EM=NM。综上所述,NM2=BM2+CN2。
  当直角△ABC进一步祥化为等腰直角三角形时,拓展1中新结论仍然对吗?
  拓展2 如图1-3所示,在直角△ABC中∠A=90°,AB=AC,D是BC的中点,MD丄ND,MD交AB于M,ND交AC于N,求证:BM2+CN2=MN2 (显然成立)。另有:AM=CN,BM=AN 。
  证明:令BM=x、AN=y、AB=AC=a,则AM=(a-x)、CN=(a-y),由拓展1知:NM2=BM2+CN2=x2+(a-y)2,又在直角△AMN中有NM2= AM2+AN2=(a-x)2+y2,故有x2+(a-y)2=(a-x)2 +y2,化得2a(x-y)=0即x=y。因此AM=CN,BM=AN 。
  2.改变题目中确定条件的大小,研究结论变化在问题1拓展1、2 中,∠D是个有确定大小的条件,如果∠D≠90°,很明显此时BM、CN、MN间关系变的复杂且无研究的意义了。但是,如果把AB、AC大小确定为:AB=AC,并且取 ∠D=180°-∠A ,如图1-4所示,于是得到新命题:
  拓展3 在△ABC中∠D=180°-∠A,AB=AC,D是BC的中点,绕D点旋转∠D使∠D的两边与AB、AC分别相交于点M、N,则恒有:DM=DN。另有:无论如何旋转∠D,都有四边形AMDN的面积不变。
  证明:过D点作DE丄AB、DF丄AC,则∠EDF=180° -∠A。由于AB=AC, D是BC的中点,所以AD是∠A的平分线,故DE=DF。又∠D=180°-∠A,所以∠EDF=∠D,因此∠EDM=∠FDN,于是△EDM≌△FDN,所以DM=DN,四边形AMDN面积恒等于四边形AEDF面积。
  3.改变题目中确定条件的位置,研究结论变化在拓展3中考虑“D是BC的中点”,是一个具有一定位置的确定条件,纵览拓展3,不妨把D点条件变为“D是∠A的平分线上一点”于是便有更一般命题: 
  拓展4 如图1-5,在△ABC中∠ D=180°-∠ A,D是∠A的平分线上一点,绕D点旋转∠D使∠D的两边与AB、AC分别相交于点M、N,则恒有:DM=DN。证明略。
  发现:经过上述一番拓展、探求,在深思熟虑后笔者得到一个很有用命题:
  新命题:如图1-6, D点为∠A平分线上任意一点,以D点为顶点有大小两个角,它们都绕D点旋转,使角的两边与∠A两边分别相交,如果∠EDF+∠A=180°且∠MDN=1/2∠EDF,那么EM+NF=MN。 
  证明:如图1-6所示, 过D点作∠EDB=∠NDF,使DB与AE相交于点B,显然此时∠BDN=∠EDF。又由于∠EDF+∠A=180°,故∠BDN+∠A=180°,从而由问题1拓展4易得:DB=DN、DE=DF,因此△NDF≌△BDE,所以BE=NF。根据∠MDN=1/2∠EDF、∠EDB=∠NDF知∠BDM=∠NDM又由DB=DN易证△BDM≌△NDM,所以BM=NM进而有EM+NF=MN。
  拓展在中考中应用举例:
  例1(中考题)如图2-1所示,已知O为正方形ABCD的中心,在中心O处悬挂着一个足大的四分之一圆,如果BM=2cm、BN=3cm,那么四边形OMBN面积是。
  转扇形,四边形OMBN的面积恒不变,于是四边形面积等于特殊情况下:ON丄BC、OM丄AB时的面积,而此时四边形OMBN是一个正方形,等于正方形ABCD面积的1/4,因而四边形OMBN的面积为:1/4×52 =25/4(CM2 )。
  (2006旅顺口)如图2-2,△ABC是正三角形,△BDC是顶角∠BDC=120°的等腰三角形,以D为顶点作一个60°角,角的两边分别交AB、AC于M、N两点,连结MN。探究线段BM、MN、NC之间的关系,并加以证明。很显然,这道中考题仅仅是我们所得新命题的一个特例,这里不再赘述。
  在阶段性复习或中考复习的教学中,适当对问题进行延伸、拓展,既在面上拓宽了知识点间的横向联系,又在深度上延伸了知识的纵向认识,同时有利于培养学生的综合能力、探究意识,变孤立题目或单个题目的教学为一类问题的学习。一方面起到举一反三、完善知识结构、梳理知识网络的作用,另一方面培养了学生创新能力和敢于猜想、勇于探索的创新精神,增强了学生学习兴致,激发了学生求知欲,提高了学生探究能力。开拓学生视野、丰富学生思维,实现“不同人学不同数学”,体现“不同人在数学上得到不同发展”,凸现从“被动”接受式学习向“主动”探究性学习转变。波利亚指出:“学习任何东西,最好途径是自已去发现”,把问题延伸拓展,是获取并发现新知的一个重要而有效的途径。唯此才能把学生从“题海”的“重复学习”和“游离学习”中走出来,真正实现学生的课业“解放”、“零负担”,让轻松学习成为现实而不再是“奢望”,踏上人才培育的康庄大道。
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