作辅助线的技巧之一:截长补短
遇到求证线段和差及倍半关系时,可以尝试截长补短的方法.
截长指在长线段中截取一段等于另两条中的一条,然后证明剩下部分等于另一条;
补短指将一条短线段延长,延长部分等于另一条短线段,然后证明新线段等于长线段.
题目中常见的条件有等腰三角形(即两条边相等),或角平分线(即两个角相等),通过截长补短后,并连接一些点,构造全等得出最终结论.
【方法归纳】
1.如图,若要求证AB+BD=AC,可以在线段AC上截取线段AB′=AB,并连接DB,证明B′C=BD即可;或延长AB至点C′使得AC′=AC,并连接BC′,证明BC′=BD即可.
2.如图,若要求证AB+CD=BC,可以在BC上截取线段BF=AB,再证明CD=CF即可;或延长BA至点F,使得BF=BC,再证明AF=CD即可.
图(1) 图(2)
3.在一个对角互补的四边形中,有一组邻边(AB=AD)相等,可以使用补短的方法延长另外两边的一条,构建全等三角形.
【典型例题】
(2009广州)如图,边长为1的正方形ABCD被两条与边平行的线段EF、GH分割为四个小矩形,EF与GH交于点P.
(1)若AG=AE,证明:AF=AH;
(2)若∠FAH=45°,证明:AG+AE=FH;
(3)若Rt△GBF的周长为1,求矩形EPHD的面积.
【思路点拨】
(1)证明AF=AH,因此先连接AH、AF.证明线段相等可考虑三角形全等的方法,观察发现只要证明Rt△ADH≌Rt△ABF(或Rt△AGH≌Rt△AEF)即可;
(2)证明AG+AE=FH这种线段和的问题,可以考虑截长补短,发现在FH上截取的方法不好证明,可以考虑补短的方法.本题可以考虑把AG+AE转化为DH+BF,延长延长CB至点M,使得BM=DH,然后证明MF=FH即可;
(3)由于矩形EPHD的边长并不知道,可以采用设未知数的方式,本题可以设ED=x,DH=y,则S矩形EPHD=xy,根据Rt△GBF的周长为1,即可找到x与y的关系并求出面积.
【解题过程】
解:(1)连接AH、AF.
∵四边形ABCD是正方形,∴AD=AB,∠D=∠B=90°.
∵ADHG与ABFE都是矩形,∴DH=AG,AE=BF,
又∵AG=AE,∴DH=BF.
在Rt△ADH与Rt△ABF中,∵AD=AB,∠D=∠B=90°,DH=BF,
∴Rt△ADH≌Rt△ABF,∴AF=AH.
(2)【方法一】
延长CB至点M,使得BM=DH,并连接AM,FH.
∵四边形ABCD是正方形,∴AD=AB,∠D=∠B=90°.
∴∠D=∠ABM=90°,∴△ABM≌△ADH,∴AM=AH,∠MAB=∠DAH.
∵∠FAH=45°,
∴∠MAF =∠BAF+∠MAB=∠BAF+∠DAH=90°-45°=45°=∠FAH
又∵AF=AF,∴△AMF≌△AHF.∴MF=HF.
∵MF=MB+BF=HD+BF=AG+AE,∴AG+AE=FH.
【方法二】
将△ADH绕点A顺时针旋转90°到△ABM的位置.
在△AMF与△AHF中,
∵AM=AH,AF=AF,∠MAF=∠MAH-∠FAH=90°-45°=45°=∠FAH,
∴△AMF≌△AHF.∴MF=HF.
∵MF=MB+BF=HD+BF=AG+AE,∴AG+AE=FH.
(3)设ED=x,DH=y,则GB=AB-AG=1-y,BF=BC-BF=1-x,
∴在Rt△GBF中,GF2=GB2+BF2=(1-y)2+(1-x)2,
∵Rt△GBF的周长为1,∴GF=1-GB-BF=1-(1-x)-(1-y)=x+y-1,
∴(x+y-1)2=(1-y)2+(1-x)2得xy=1/2,
∴矩形EPHD的面积S=ED·DH= xy=1/2.