一道初中数学几何“网红”题的八种解法

在民间广泛流传的几何题中,有这样一个“网红”。此题看似简单,但仔细一做,怕是给够时间也不一定能啃下来。

今天在此处介绍本题的八种纯几何解法,有三、四种解法比较适合教学,各位老师不妨参照一下。题目简单记为:20-80-80-70-60.
“网红”几何题
△ABC中,AB=AC,∠A=20°,点D、E分别在边AC及AB上,且∠DBC=70°,∠ECB=60°.  求∠EDB的度数.
在正式解答之前,还是要不厌其烦地介绍本题的背景,此类问题在几何中被称为角格点问题(国外称不定角问题Adventitious Angles)。平面上四个点(任三点不共线)两两联结所形成六条线段,若任两条线段的夹角都为整数度数,称该四点组为角格点组.  格点即指恰似直角坐标系中的格点。本题要证明的是这样一个事实:D、E、B、C四点是角格点组。
所有角格点问题可以通过角元塞瓦定理(本质是正弦定理)划归为求解一个含所求角的三角方程,然而要解出方程需要扎实的三角恒等变形的功底,这并不适合初中生。在初中阶段还是要尽可能追求几何形式上的美感,因而角格点问题的纯几何解法一直是大家讨论的热点。
田永海老师写过一本关于角格点问题纯几何解法的专著,里面列举了数百道角格点(所有度数皆为十的倍数)问题和它们的纯几何解法。然而,找到所有角格点问题对应的纯几何解法,个人以为即便可能,也没有什么必要(首先角格点组实在太多,除非有万能的纯几何解法),能挖到适合竞赛或教学的宝藏足以。
国外几何网站上的角格点问题
最后,对一个确定的三角形来说,平面上是否有点,有几个这样的点,可使得该点和三角形三顶点形成角格点,这是一个比较有趣的问题。由于角元塞瓦定理的逆定理依然成立,所以可以通过计算机来进行遍历枚举,找到所有的角格点组,而通过理论计算出角格点组的所有可能性,这方面的资料暂时还比较少。
言归正传,本题的以下解答来自百度贴吧、数学网站,名师指点,高手都在民间,而小编辛勤收集,也请用力点赞。
解一:等边+全等
取∠FBC=60°,点F在边AC上,记EC、FB交于点O,得等边△OBC、等边△EOF,∠ABD=∠DBF=10°,联结AO,∠OAC=10°.  由AB=AC,易证明△AOC≌△BDA,则AO=BD,进而可证△AOF≌△BDF,这样,DF=FO=EF,而∠DFE=∠ACB=80°,从而∠EDF=50°,∠EDB=50°-30°=20°。
解二:等边+比例线段
解三:等边+相似
解四:等边+全等2
在BD上取一点F,使∠FBC=40°,由∠FBC=70°,可得∠BFC=70°,BC=FC,∠FCE=20°.  O在EC上,且AO平分∠BAC,可证△BOA≌ADB,再由∠OCB=60°得等边△BOC,故AD=OB=BC=FC.  又∠EAC=∠ECA=20°,故AE=EC,再由∠ECF=∠EAD=20°,得△FEC≌△DEA,ED=EF,∠FED=∠AEC=60°+80°=140°,∠EDF=20°。
化归
接下来的几种证法都要由20-80-80的其他性质推出,虽然比较繁琐,但不失为利用化归思想进行解题的典范。先介绍引题0和引题1,限于篇幅,略去证明,请读者自己推导.
引题 0
如图,20-80-80 △ABC中,∠DBC= 70°。证明:AD = BC。
引题 1
引题1 :
△ABC中,AB=AC,∠A=20°,点D、E分别在边AC及AB上,且∠DBC=60°,∠ECB=50°.  证明:∠EDB=30°.
解五:再次全等
将 引题 1 的图形补全(即作∠FBC=50°),由 引题 0 可证得 △AED 与 △CEF 全等,故 ED = EF。由 引题 1,∠CEF = 30°,故 ∠EFD = 50°, ∠EDF = 50°,∠EDB = 50°-30°  = 20°。
解六:相似
将 引题 1 的图形补全(即作∠FBC=50°),可知:∠CEF = 30°,故 ∠EFD = 50°。根据角度推算,△DFB ~ △EFC,故 DF:EF = FB:FC,再由 ∠EFD = ∠BFC = 50°,可知 DFE ~ △BFC,故∠EDF = 50°,∠EDB = 50°-30°  = 20°。
解七:四点共圆证法
将 引题 1 的图形补全(即作∠FBC=50°),记 EC、BD 交于点 O ,由 引题 1,可知 E、O、D、F四点共圆(30° = 30°),O、F、C、B 四点共圆(20° = 20°),故∠EDB = ∠EDO = ∠EFO =∠EFB - ∠OFB = 80° - 60° =20°.
   解八:等腰剖分 + 四点共圆
利用 引题 0 对大三角形进行等腰剖分(大家需要把所有角度推算一下),得到点 F ,可知 ∠FEC = ∠BEC = ∠FDC = 40°,故点 E、D、C、F 四点共圆,知 ∠EDF = ∠ECF =10°,又 ∠FDB =10°,故,∠EDB = 10°+10° = 20°.
(0)

相关推荐