看不见的“手拉手”
王 桥
运用“手拉手模型”的前提是能够识别出题目中的“手拉手模型”。但是,还有一类题目,题目中本来是没有“手拉手”的,这个时候则需要我们人为的构造出“手拉手”来解决。
首先,《沙场秋点兵》(北师版)第2讲“特殊四边形中的动态问题”一讲,例2的第(2)(3)两道题,都要用到“化动为静”的策略,都要用到“构造手拉手”的策略。
例1、(2019宿迁)如图,正方形ABCD的边长为4,E为BC上一点,且BE=1,F为AB边上的一个动点,连接EF,以EF为边向右侧作等边△EFG,连接CG,则CG的最小值为 .
关于例1,我们在“再议'种瓜得瓜种豆得豆’”一文中做过如下讲解:
分析:此题点C为定点,点G为动点,求CG的最小值,首先要判断动点G的轨迹类型,但动点G的轨迹不好直接判断。我们不妨看下动点G 是怎样形成的。动点G是正△EFG的一个顶点,而正△EFG中有一个定点E,而F为动点,即可以把点F看做主动点,则点G为从动点。符合“瓜豆原理”第三级的“定角定比”问题——∠FEG=60°,且EF=EG。因为点F的在边AB上运动,即点F的运动轨迹为直线,则点G的运动轨迹也为直线。显然,此问题为最短路径之——“点线距离”问题——垂线段最短。那么,点G 究竟在什么样的直线上运动呢?继续采用“极端化思想”,找特殊点:起点和终点。如图15,当点F和B重合时,以BE为边作正△BEG1;当点F和点A重合时,以AE为边作正△AEG2,连接G1G2,则点G的轨迹为线段G1G2,过点C作CG⊥G1G2于点G,求出CG即可。
如图16,易证明△FBE≌△GG1E,则∠EG1G=90°,∵CG⊥G1G2,∴CG∥EG1,过点E作EM⊥CG于点M,则四边形G1EMG为矩形,则∠G1EM=90°,∴∠MEC=30°。则CG=CM+GM=1/2EC+G1E=3/2+1=5/2。
其实,例1的本质就是构造了一对“手拉手全等模型”!即:以BE为边作正△BG1E,则正△BEG1和正△FEG手拉手!
咱们再看下例2:
例2、(2018呼和浩特)如图,已知正方形ABCD,点M是边BA延长线上的动点(不与点A重合),且AM<AB,△CBE由△DAM平移得到.若过点E作EH⊥AC,H为垂足,则有以下结论:①点M位置变化,使得∠DHC=60°时,2BE=DM;②无论点M运动到何处,都有DM=√2HM;③无论点M运动到何处,∠CHM一定大于135°.其中正确结论的序号为 .
分析:我们先根据题目中的要求,把图形补充完整。如图:
是不是看到了一个“手拉手模型”?我们不妨证明一下:
易知△EHA是等腰直角三角形,且HE=HA,∠EHA=90°。易证明△CBE≌△DAM,则BE=AM,则易知BA=EM=DA。在△EHM和△AHD中:
∴△EHM≌△AHD,则HM=HD,∠EHM=∠AHD,则∠EHA=∠MHD=90°,即△DHM是等腰直角三角形(老王秘诀:全等旋转出等腰)。很显然,第②个结论成立;
再看①,当∠DHC=60°时,∵∠HCD=45°,则∠CDH=75°,则∠HDA=15°,则∠ADM=30°,∴DM=2AM=2BE,结论①成立;
∵∠CHM=∠HAM+∠AMH,且∠HAM=135°,显然∠CHM>135°,结论③成立;
综上,①②③均成立!
《沙场秋点兵》(人教版)第7讲“全等变换之——旋转”,也有几道这样需要构造“手拉手”的好题。
例3、如图,在四边形ABCD中,AD=4,CD=3,∠ABC=∠ACB=∠ADC=45°,则BD= ;
解析:如图。以AD为直角边,构造等腰直角△DAE,连接CE,则相当于构造了等腰直角△EAD和等腰直角△CAB手拉手,则易证△EAC≌△DAB,则BD=CE。∵∠EDA=∠ADC=45°,则∠EDC=90°,且AD=AE=4,CD=3,∴BD=CE=5。
例4、(2020滨州)如图2,点P是正方形ABCD内一点,且点P到点A、B、C的距离分别为2√3、√2和4,则正方形ABCD的面积为________.
如图,构造等腰直角△PBE,连接AC,则等腰直角△ABC和等腰直角△PBE手拉手,则易证明△ABP≌△CBE,则CE=PA=2√3。∵BE=BP=√2,则PE=2。∵PC=4,则PC2=PE2+EC2,即∠PEC=90°,∴∠CEB=135°。
作BF⊥CE交CE的延长线与F,则BF=EF=1,∴CF=2√3+1,在Rt△CBF中,则BC2=BF2+CF2=1+(2√3+1)2=14+4√3。
下面这两道题目,可以练练:
1、如图,已知点D为等腰直角三角形ABC的斜边AB上一动点,连接CD,作DE⊥CD,且DE=CD,连接CE、AE,求证:AE∥BC。
2、如图,等腰Rt△ABC中,∠BAC=90°,且∠ADB=75°,BD=6,AD=5√2,求CD的长。
胸中有模型,胜似百万兵!但老王也一直反对死记硬背一些套路和模型!
我们提倡在学习过程中善于发现规律、总结规律,万法归宗、多题归一。我们不仅仅要拥有一双识别模型的慧眼,还要具备“构造模型”的“建模”能力。
关于“手拉手模型”的相关话题,请参阅《冲刺十招》第5讲“胸有成竹会'建模’”、《沙场秋点兵》“相似三角形的九大模型”、《春季攻势》“一线三等角和手拉手”等内容;关于“构造”的相关话题,请参阅《冲刺十招》第2讲“无中生有话'构造’”;同时,也可参阅“老王的数学”公众号“手拉手”相关话题!
《沙场秋点兵》好题不断,需要我们用心去品味。但由于精力所限,近期推出的《沙场秋点兵》答案虽已经上传到各群里,请读者自行下载保存,但肯定谬误很多。因精力所限,题目所提供参考答案大多来自网上。如果时间允许,在后面的《沙场秋点兵》的讲解过程中,会逐渐把各讲的典型题目的解法推送到公众号上。若精力再允许,从本周开始,配合北师大版的《沙场秋点兵》视频讲解将于每周在微师平台上推送,欢迎围观。
本周开讲《沙场秋点兵》(北师版)第一讲“特殊四边形的折叠”。
视频链接:https://m.weishi100.com/mweb/single/?id=7377225