角平分线与等腰三角形的神奇联系

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  角平分线与等腰三角形有着密不可分的联系. 在许多几何问题中,遇到等腰三角形就会想到顶角的平分线,遇到角平分线又会想到构造等腰三角形.
  一、角平分线 + 平行线→等腰三角形
  当一个三角形中出现角平分线和平行线时,我们就可以寻找到等腰三角形. 在图1①中,若AD平分∠BAC,AD[?]EC,则△ACE是等腰三角形;在图1②中,AD平分∠BAC,DE[?]AC,则△ADE是等腰三角形;在图1③中,AD平分∠BAC,CE[?]AB,则△ACE是等腰三角形;在图1④中,AD平分∠BAC,EF[?]AD,则△AGE是等腰三角形.
  例1 如图2,在△ABC中,AB=AC,在AC上取点P,过点P作EF⊥BC,交BA的延长线于点E,垂足为点F. 求证:AE=AP.
  解析:要证AE=AP,可寻找一条角平分线与EF平行,联想到AB=AC,于是,作AD平分∠BAC,如图3,可得AD⊥BC,而EF ⊥ BC,则AD[?]EF,可得到△AEP是等腰三角形,从而AE=AP得证.
  例2 如图4,在△ABC中,∠BAC,∠BCA的平分线相交于点O,过点O作DE[?]AC,分别交AB,BC于点D,E. 试猜想线段AD,CE,DE的数量关系,并说明你的猜想理由.
  解析:猜想AD + CE=DE.
  由于OA,OC分别是∠BAC,∠BCA的平分线,DE[?]AC,可证△ADO和△CEO是等腰三角形,则DO=DA,EC=EO,从而AD + CE=DE得证.
  例3 如图5, AD平分∠BAC,E,F分别在BD,AD上,且DE=CD,EF=AC. 求证:EF[?]AB.
  解析:要证EF[?]AB,已知AD平分∠BAC,可通过引辅助线构造出平行线,从而得到等腰三角形.
  已知DE=CD,可联想倍长中线,于是延长AD至M,使DM=AD,连接EM.
  如图6,可证△MDE ≌ △ADC,∴ME=AC,∠M=∠CAD.
  又∵EF=AC,∴EF = ME,∴∠M=∠EFM,∴∠CAD=∠EFM,
  又∵AD平分∠BAC,∴∠BAD=∠CAD,∴∠BAD=∠EFM,∴EF[?]AB.
  二、角平分线 + 垂线→等腰三角形
  当一个三角形中出现角平分线和垂线时,我们就可以寻找到等腰三角形. 如图7,若AD平分∠BAC,AD⊥DC,则△AEC是等腰三角形.
  例4 如图8,BD是∠ABC的平分线,AD⊥BD,垂足为D. 试说明:∠BAD=∠DAC + ∠ACB.
  解析:本题中有BD是∠ABC的平分线,AD⊥BD,延长AD交BC于E,如图9,易证得等腰三角形ABE.
  ∵BD平分∠ABC,AD⊥BD,∴AB=BE,∴∠BEA=∠BAD.
  又∵∠BEA=∠EAC + ∠C,∴∠BAD=∠DAC + ∠ACB.
  例5 如图10,已知在等腰直角三角形ABC中,AB = AC,∠BAC = 90°,BF平分∠ABC,CD⊥BD,交BF的延长线于点D. 试说明:BF = 2CD.
  解析:本题辅助线的作法不易想到,如图11,延长BA,CD交于点E,结合“三线合一”和全等三角形可证得结论.
  ∵BF平分∠ABC,CD⊥BD,
  ∴∠1 = ∠2,∠BDC = ∠BDE = 90°.
  ∵BD = BD,∴△BDC ≌ △BDE(ASA),∴BC = BE.
  ∵BD⊥CE,∴CE = 2CD.
  ∵∠BAC = 90°,∠BDC = 90°,∠AFB = ∠DFC,∴∠2 = ∠ACE.
  又∵AB = AC, ∠BAF = ∠CAE = 90°,∴△ABF ≌ △ACE(ASA).
  ∴BF = CE,∴BF = 2CD.
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