手拉手模型,属于初中几何中图形的旋转,是最常见的一类重要模型。全等型手拉手模型有以下三个主要特征:双等腰、共顶点、顶角相等。
如下左图,△ABC与△ADE都是等腰直角三角形,且具有公共的直角顶点A, 顶角都是900。这两个三角形就像两个人手拉着手一样,所以我们称之为手拉手模型。如下右图,我们易证△ACE与△ABD全等(SAS)。实际上以点A为旋转中心,把△ACE顺时针旋转900,就得到了△ABD。
又如下左图,△ABC与△ADE都是等边三角形,且具有公共的顶点A, 顶角都是600。这个图形满足以下三个主要特征:双等腰、共顶点、顶角相等,所以它就属于手拉手模型。如下右图,我们易证△ACD与△ABE全等(SAS)。实际上以点A为旋转中心,把△ACD顺时针旋转600,就得到了△ABE。
例1. 如图,△ABC与△ADE都是等腰直角三角形,其中∠BAC=∠DAE=900,AB=AC,AD=AE。直线CE交BD于点F,交AB于点G。
求证:(1)CE=BD;(2)CE⊥BD;(3)A、E、F、D四点共圆;
(4)AF平分∠CFD。
解析:图中△ABC与△ADE都是等腰直角三角形,而且他们具有公共顶点A,顶角都是900,所以该图形就是典型的手拉手模型。
简解:(1)易证△ACE≌△ABD(SAS),所以CE=BD;
(2)由△ACE≌△ABD可得:∠1=∠2。再由八字形可得:∠GFB=∠GAC=900,所以CE⊥BD。
(3)由(2)得CE⊥BD,又∠DAE=900,所以∠DAE+∠DFE=1800。所以A、E、F、D四点共圆。
(4)过A作AM⊥CE于M,作AN⊥BD于N。由△ACE≌△ABD,可得他们的面积相等,又由全等得CE=BD,所以AM=AN。所以AF平分∠CFD。(或者由A、E、F、D四点共圆,得到∠DFA=∠DEA=450。所以∠EFA=∠DFA=450。所以AF平分∠CFD。)
求证:(1)CD=BE;(2)∠CHE=1200;(3)A、F、H、G四点共圆;
(4)AH平分∠CHE。
解析:图中△ABC与△ADE都是等边三角形,而且他们具有公共顶点A,顶角都是600,所以该图形就是典型的手拉手模型。
简解:(1)易证△ACD≌△ABE(SAS),所以CD=BE;
(2)由△ACD≌△ABE可得:∠FCA=∠GBA。再由八字形可得:∠BHF=∠CAF=600,∠CHE=1200。
(3)由(2)得∠CHE=1200,又∠FAG=1800-600-600=600,所以∠CHE+∠FAG=1800。所以A、F、H、G四点共圆。
(4)类比例1(4)可证。
例3. 如图,△ABC中,∠BAC=600 ,AB=2倍根号3,AC=8,以BC为一边作等腰△BCD,其中∠DBC=1200且BC=BD,连接AD。求AD的长。
解析:无法直接求出AD的值,需要将线段AD进行转化。因为△BCD是顶角为1200的等腰三角形,所以我们可以以AB为一腰,再构造出一个顶角为1200的等腰三角形,这样就能应用“手拉手模型”,将条件集中到一个三角形中。
简解1:以AB为一边向内侧作等腰△ABE,其中∠ABE=1200且BA=BE。连接DE。 显然△ABC≌△EBD(SAS),所以DE=AC=8。由∠ABE=1200且BA=BE,AB=2倍根号3,易得AE=6。因为∠BEA=(1800-1200)/2=300,∠BAC=1200 ,所以∠DEA=900。最后在△EAD中,∠AED=900,AE=6,DE=8,由勾股定理可得:AD=10。
简解2:以AB为一边向外侧作等腰△ABF,其中∠ABF=1200且BA=BF。连接DF。显然△FBC≌△ABD(SAS),所以CF=DA。由∠ABF=1200且BA=BF,AB=2倍根号3,易得AF=6。因为∠BAF=(1800-1200)/2=300,∠BAC=1200 ,所以∠FAC=900。最后在△FAC中,∠FAC=900,AF=6,AC=8,由勾股定理可得:CF=10。所以AD=CF=10。
例4. 已知⊙O的半径为2,A、B是⊙O上的两个动点,△ABC是等腰直角三角形,其中∠BAC=900,AB=AC。求OC的最小值。
解析:直接求OC的最小值显然不现实,所以我们要将线段OC进行转化。因为△ABC是等腰直角三角形,所以我们可以以OA为一腰,再构造出一个等腰直角三角形,这样就能应用“手拉手模型”,将条件集中到一个三角形中。
简解1:以OA为一边向右侧作等腰直角三角形△OAD,其中∠OAD=900且AD=AO。连接OB。易证△AOC≌△ADB(SAS),所以BD=OC=2。因为等腰直角三角形△OAD中OA=2,所以OD=2倍根号2。最后在△OBD中,OB=2,OD=2倍根号2,由三角形的三边关系可得:BD≥2倍根号2-2,最小值为2倍根号2-2。故OC的最小值为2倍根号2-2(当O、B、D三点共线时)。
简解2:以OA为一边向左侧作等腰直角三角形△OAE,其中∠OAE=900且AE=AO。连接EC。易证△AEC≌△AOB(SAS),所以EC=OB=2。因为等腰直角三角形△OAE中OA=2,所以OE=2倍根号2。最后在△OCE中,EC=2,OE=2倍根号2,由三角形的三边关系可得:OC≥2倍根号2-2,故OC的最小值为2倍根号2-2(当O、C、E三点共线时)。
手拉手模型,是初中几何最常见的一类重要模型,它又分为全等型手拉手模型和相似型手拉手模型,究其本质就是图形的旋转全等和旋转缩放。全等型手拉手模型具有以下三个主要特征:双等腰、共顶点、顶角相等。如果图中只有一个等腰三角形,我们可以再构造出另一个等腰三角形,从而将图形补成手拉手模型。这样就能应用“手拉手模型”中的三角形全等,将条件集中到一个三角形中,这样问题就能迎刃而解。
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