巧用角角探究相似构建

来源 :初中生世界·九年级 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bolun365
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  相似是我们初中数学图形世界中重要的研究图形关系的方法,没有它,很多数学问题无法解决.相似更是我们初中升学考试的必考点,而且一定会在最后的综合题中应用到.
  本章的难点在于:如何在复杂的背景条件下找到相似三角形.而最大的困难在于:如果其中一个相似三角形不存在,或者两个三角形都不存在,这时候,我们如何通过辅助线构建一个或者两个三角形相似呢?今天我们就通过几道例题,一起来寻找它的蛛丝马迹,一一破解.
  我们先来回忆一下,作为判定三角形相似的四种方法:方法(1)平行线分线段成比例定理:三条平行线截两条直线,所得的对应线段成比例;方法(2)判定定理1:两组角对应相等的两个三角形相似;方法(3)判定定理2:有两组边对应成比例且夹角相等的两个三角形相似;方法(4)判定定理3:三边对应成比例的两个三角形相似.
  对于第一种判定方法,我们也把它看成是角角判定一类方法.首先,平行也能得到角相等,有两组角相等了是不是也相似呢?其次,平行有助于我们发现相似,如果在一个问题中一旦出现了平行这个条件,我们马上要警觉起来,在解题陷入僵局的时候,是否考虑相似呢?就是说,平行可以看成寻找发现相似三角形的一个工具.最后,利用平行来解决相似问题,可以节省步骤.不过,由本质看,依然可以看成是角角的判定方法.本文重在探讨如何构建三角形相似,并利用角角证明.
  一、 通过作平行构建相似
  例1 在△ABC中,CD是∠C的平分线,AD∶BD=2∶3,AC=10,求BC的长.
  【分析】题意中主要条件是角平分线,在进行探究后发现,要么利用角平分线定理解决问题,要么利用三角形相似解决问题,而考虑到题意给出的线段成比例,便应该确定使用相似来解决问题,而图形中不存在相似,自然想到构造相似三角形.
  解:作DE∥BC交AC于点E,△ADE∽△ABC,易得 = = = ,把AC=10代入得AE=4,∴EC=AC-AE=6,又由已知易求DE=EC,∴DE=6,再次代入 = = 得到BC=15.
  【点评】通过作一条平行线构建三角形相似,这是构建相似的基本方法.
  二、 通过作中位线构建相似
  例2 在△ABC中,AE、CD分别是BC边和AB边的中线,求DF∶FC的比值.
  【分析】首先分析要求的解是线段的比,可以考虑相似,但是条件中中点比较多,这里是否是作平行线呢?中点比较多时能联想到中位线,中位线又有平行,虽然不是直接作平行,其实是隐藏的平行线.
  解:连接DE,由已知条件得到DE是中位线,于是DE∥AC,
  ∴△EDF∽△ACF,
  ∴DF∶FC=DE∶AC=1∶2.
  【点评】构建相似三角形要看具体的已知条件,综合来考虑.当已知中出现多处中点时,应该考虑三角形中位线.
  三、 通过作直角三角形构建相似
  例3 △ABC是圆O的内接三角形,BC边上的高AD=3,AB=9,AC=5,求圆O的直径.
  【分析】此题初读后会有困难,但从要求解的直径出发,就会考虑先把直径作出来,接着考虑,直径有什么用处呢?常作的辅助性是体现直径所对的圆周角是90°.因为圆中有“等对等”定理、圆周角定理,这就导致了很多角相等,很容易产生相似.
  解:过点A作直径AE,连接BE,
  ∵∠ACD=∠E,∠ADC=∠ABE=90°,
  ∴△ADC∽△ABE,∴AD∶AC=AB∶AE,代入已知条件得,AE=15.
  【点评】这里通过作辅助线构建一个直角三角形和已知的直角三角形相似,这种方法比较少见,但是,也是有规律的,例如在圆中涉及直径的问题,很有可能会出现直角三角形,其次,圆周角定理及其推论会出现很多的角相等,不经意间就出现了相似.
  以上3个例题都是已知了一个三角形,需要构建另外一个三角形和已知三角形相似,还有些问题,需要构建两个三角形相似.
  四、 利用三角形外角的性质构建相似
  例4 在圆C中,∠ACB=120°,△DEF是边长为2的等边三角形,E、F在AB上运动,当D点落在劣弧AB上时,求AE×BF的积.
  【分析】 在读题时,首先想到∠ACB=120°有何用处,这是一个难点.第二,探究线段的积,也有难度,但通常都是转换为线段的比来解决.对于第一个难点,圆心角的度数知道了,可以求哪些角呢?抓住圆心角是主要的突破方向.其次,这里是有模型的,有的老师称之为“三角一线”.我画两个模型图,简要说明,本文不作重点介绍.
  当∠1=∠2=∠3时,就能证到两个三角形相似.现在你了解为什么叫“三角一线”了吗?知道它的规律了吗?
  解:连接AD、BD,∵∠ACB=120°,
  ∴劣弧AB度数为120°,
  ∴优弧AB度数为240°,∴∠ADB=120°,
  ∵∠EDF=60°,∴∠ADE ∠BDF=60°,
  ∵∠DEF=60°,∴∠ADE ∠DAE=60°,
  ∴∠DAE=∠BDF,
  又∵∠DEF=∠DFE=60°,
  ∴∠DEA=∠DFB=120°,
  ∴△DAE∽△BDF,∴ = ,
  ∴AE×FB=DF×DE=2×2=4.(积为定值)
  【点评】这个题型不能完全看成是“三角一线”问题,但是,如果我们熟悉了“三角一线”模型,在连接了线段AD、BD后,很容易联想到证明左右两个位置的三角形相似,所以说,“三角一线”的模型对我们解题是很有帮助的.
  五、 通过作垂直构建相似
  例5 已知二次函数y=-2x2 4x 1的图像如图6,与y轴交于点A,与对称轴相交于点C,射线AB与线段AC的夹角为45°,AB与对称轴相交于点D,求点A、点C、点D的坐标.   【分析】已知二次函数解析式,易求与y轴的交点A的坐标和顶点C的坐标.在求点D坐标时,容易陷入困惑,没关系,我们继续来关注已知条件,发现有一个45°条件没有使用,根据我们的所学知识,只有构建直角三角形,才能充分发挥45°的作用,但是从哪里作垂直构建直角三角形呢?其实,可以从点C、点B、点D分别尝试,其中,点B、点C容易排除.继续思考:我们要求的是点D坐标,因此希望求出关于点D的线段的长度,特别是CD的长,显然Rt△ADF是等腰直角三角形,但是Rt△CDF还没有探究,能否找到线索呢?在已知的条件中,C点坐标还没有使用.于是围绕点C开始思考,发现这里有平行啊,是否暗示我们可以构造出相似呢?再次整合信息,我们发现有AE∥CD,是否有三角形与Rt△CDF相似?
  解:作CE⊥y轴垂足为E,作DF⊥AC垂足为F,当x=0时,y=1,即:A点坐标(0,1),由顶点坐标公式得:C点坐标(1,3),∴AE=2,EC=1,
  由勾股定理得AC= ,在Rt△ADF中,
  ∵∠CAD=45°,∠AFD=90°,
  ∴∠ADF=45°,∴AF=FD,
  在Rt△ACE和Rt△CDF中,
  ∵AE∥CD,∴∠FCD=∠EAC,
  又∵∠CEA=∠CFD=90°,
  ∴Rt△ACE∽Rt△CDF,
  ∴ = = ,∴CF=2FD,
  ∵AF=FD,∴CF=2AF,∴AF=FD= AC,
  ∵AC= ,∴AF=FD= ,
  ∴FC= ,在Rt△CDF中,由勾股定理得CD= ,
  ∵点C坐标为(1,3),
  ∴点D的坐标为1, .
  【点评】通过此题,我们至少有3个收获:以后看到平行,要警觉是否要寻找相似,或者构造相似;关于特殊角要特别关注能否构建含有特殊角的直角三角形;最后,平面直角坐标系横坐标轴与纵坐标轴是互相垂直的,所以作垂直构造直角三角形相似非常有效,应该引起足够的重视.
  以上5个例题,包括提到的“三角一线”问题,不管是添加平行线、作垂直、连接中点、作两条垂直,还是连接直径等等,它们的本质都是通过角角判定来证明三角形相似.在我们学习的过程中,大家会发现通过角角证明相似是最常见的方法,其次辅助线的添加,是有规律可以寻的,在作辅助线的时候,需要综合题意,结合要求解的信息,才能在面对复杂相似问题的时候做出准确的判断.
  (作者单位:江苏省常州市金坛区尧塘中学)
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