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苏科版《数学》九年级(上册)第26页有这样一道习题:
在正方形ABCD中:
(1)如图1,点E、F分别在BC、CD上,且AE⊥BF,垂足为M.求证:AE=BF.
(2) 如图2,点E、F、G分别在BC、CD、DA上,且GE⊥BF,垂足为M,那么GE、BF相等吗?证明你的结论.
(3)如图3,点E、F、G、H分别在BC、CD、DA、AB上,且GE⊥HF,垂足为M,那么GE、HF相等吗?证明你的结论.
探究第(1)题要证明AE与BF相等,也就是要证明图形中的△ABE与△BCF全等.显然,根据条件,我们可以得到∠BAE=∠CBF、AB=BC、∠ABE=∠BCF=90°,因而,问题得到解答.
第(2)题要我们探索GE、BF是否相等,而点E、F、G分别在BC、CD、DA上,且GE⊥BF,将线段GE沿着DA向点A平移,即可得图1.我们可以过点A作AP∥GE,交BC、BF分别于点P、Q,如图4,从而使问题转化为如图1所示的情况.
第(3)题,问题条件更具一般化,如果使线段GE沿着DA向点A平移、线段HF沿着AB向点B平移,即可得图1,那么我们可以过点A作AP∥GE,分别交BC、HF于点P、Q,过点B作BN∥HF,分别交CD、GE于点N、O,AP、BN交于点I,如图5,从而使问题得到转化.
思考1本题体现了特殊与一般之间的关系,强调了转化和运动的数学思想的应用.解答数学问题时,我们要善于将特殊问题一般化,善于用运动变化的思想方法思考静态的图形问题,善于从静态的图形中思考运动状态下的一般特征.
思考2上面的3个小题都是正方形条件下的两互相垂直线段的数量关系,那么,在矩形条件下,具备这样条件的两线段又有怎样的关系呢?如图6,矩形ABCD中,AB=a,BC=b,点E、F、G、H分别在AD、BC、AB、CD上,且EF⊥GH,求的值.
解答作AM∥EF交BC于M,作DN∥GH交AB于N,则
AM=EF,DN=GH.
∵EF⊥GH,∴ AM⊥DN,
∴∠AMB=90°-∠BAM=∠AND.
又∵∠ABM=∠DAN=90°,
∴△ABM∽△DAN,
∴==,
∴=.
思考3如果这个图形是菱形,那么具备这样条件的两线段又有怎样的关系呢?如图7,菱形ABCD中,点E、F、G、H分别在BC、CD、DA、AB上,且GE⊥HF,垂足为M,AC=a,BD=b,那么的值与相等吗?
这个问题也就是要说明与是否相等,如图8,我们可以过点O作MN∥EG,交BC于M,交AD于N,作PQ∥FH,交AB于Q、交CD于P,则有PQ=HF,MN=EG.因为∠AON=∠COM,AO=CO,∠OAN=∠OCM,所以△AON≌△COM,则ON=OM,同理可证得OQ=OP,即点O分别为AC、BD、MN、PQ的中点.因此,这个问题就转化为证明与是否相等.然而通常情况下,在菱形中,∠OAN与∠OBQ不相等,故 △AON与△BOQ不相似,因而=不成立,则=不成立,因此,的值与不相等.
在正方形ABCD中:
(1)如图1,点E、F分别在BC、CD上,且AE⊥BF,垂足为M.求证:AE=BF.
(2) 如图2,点E、F、G分别在BC、CD、DA上,且GE⊥BF,垂足为M,那么GE、BF相等吗?证明你的结论.
(3)如图3,点E、F、G、H分别在BC、CD、DA、AB上,且GE⊥HF,垂足为M,那么GE、HF相等吗?证明你的结论.
探究第(1)题要证明AE与BF相等,也就是要证明图形中的△ABE与△BCF全等.显然,根据条件,我们可以得到∠BAE=∠CBF、AB=BC、∠ABE=∠BCF=90°,因而,问题得到解答.
第(2)题要我们探索GE、BF是否相等,而点E、F、G分别在BC、CD、DA上,且GE⊥BF,将线段GE沿着DA向点A平移,即可得图1.我们可以过点A作AP∥GE,交BC、BF分别于点P、Q,如图4,从而使问题转化为如图1所示的情况.
第(3)题,问题条件更具一般化,如果使线段GE沿着DA向点A平移、线段HF沿着AB向点B平移,即可得图1,那么我们可以过点A作AP∥GE,分别交BC、HF于点P、Q,过点B作BN∥HF,分别交CD、GE于点N、O,AP、BN交于点I,如图5,从而使问题得到转化.
思考1本题体现了特殊与一般之间的关系,强调了转化和运动的数学思想的应用.解答数学问题时,我们要善于将特殊问题一般化,善于用运动变化的思想方法思考静态的图形问题,善于从静态的图形中思考运动状态下的一般特征.
思考2上面的3个小题都是正方形条件下的两互相垂直线段的数量关系,那么,在矩形条件下,具备这样条件的两线段又有怎样的关系呢?如图6,矩形ABCD中,AB=a,BC=b,点E、F、G、H分别在AD、BC、AB、CD上,且EF⊥GH,求的值.
解答作AM∥EF交BC于M,作DN∥GH交AB于N,则
AM=EF,DN=GH.
∵EF⊥GH,∴ AM⊥DN,
∴∠AMB=90°-∠BAM=∠AND.
又∵∠ABM=∠DAN=90°,
∴△ABM∽△DAN,
∴==,
∴=.
思考3如果这个图形是菱形,那么具备这样条件的两线段又有怎样的关系呢?如图7,菱形ABCD中,点E、F、G、H分别在BC、CD、DA、AB上,且GE⊥HF,垂足为M,AC=a,BD=b,那么的值与相等吗?
这个问题也就是要说明与是否相等,如图8,我们可以过点O作MN∥EG,交BC于M,交AD于N,作PQ∥FH,交AB于Q、交CD于P,则有PQ=HF,MN=EG.因为∠AON=∠COM,AO=CO,∠OAN=∠OCM,所以△AON≌△COM,则ON=OM,同理可证得OQ=OP,即点O分别为AC、BD、MN、PQ的中点.因此,这个问题就转化为证明与是否相等.然而通常情况下,在菱形中,∠OAN与∠OBQ不相等,故 △AON与△BOQ不相似,因而=不成立,则=不成立,因此,的值与不相等.