草根受邀在下班后参加了一次YW业余数学教研小组的研题活动,几位热爱数学教学的年轻朋友相聚一堂,共同钻研、互相学习,这是一道大家当天研究的几何证明问题,大家群策群力,想出四种不同解法,在此罗列,供参考。
如图,△ABC是边长为的正三角形,△BDC是顶角为120°的等腰三角形,以D为顶点作一个60°的∠MDN,点M、N分别在AB、AC上,求△AMN的周长
思路一:翻折
CD可以认为是∠BCA的平分线,于是想到在边CB截取CE=CN,
构造△CDN≌△CDE,同时可得AN=BE
由于题目要求的是△AMN的周长,把三边汇集到一条边上,自然是重要策略之一,于是想到利用BD是∠ABC的平分线上,再次把BN'即AN翻折到边AB上。
在BA上截取BF=BE,联结FD,
构造△BDE≌△BDF
最后的目标是证明△MND≌△MFD,
由于MD是公共边,ND=DE=DF,
所以最终目标锁定
证明∠NDM=∠FDM。
如下图,黄 红=120°,2黄 2红=240°,
所以∠FDN=120°,
∠MDN=∠MDF=60°
思路二:旋转
怎么用好∠MDN=60°呢?
尝试延长ND交BC于点E,
则∠NDE=∠BDC=120°,
得∠MDB=∠EDC,
配上BD=DC,∠MBD=∠DCE=30°,
可证△BDM≌△DEC,
相当于将△MDB绕点D逆时针旋转120°
与之对应,亦可构造△BDF≌△NDC
有了两次全等铺垫,
不难发现MD=DE,DN=DF,
接下去的目标就要证明△MND≌△DEF
易证红 黄=180°,则红弧 黄弧=180°
而∠BDC=120°,
红弧、黄弧重叠部分:
∠EDF=60°=∠MDN
最后梳理线段关系,由于MB=EC,所以BE=AM;由于NC=BF,所以FC=AN,再配上MN=EF,成功!
思路三:划归
本题与下题很类似:
如图,已知△ABC是边长为9的等边三角形,△BDC是等腰三角形,且∠BDC=120°,以D为顶点作一个60°角,使其两边分别交边AB于点M、交AC于点N,联接MN,求△AMN的周长。
于是想到能不能将本题划归为这道经典问题?
延长CD、BD交边AB、AC于点E、G,
易证∠BEC=∠BFC=90°,∠EDG=120°,
成功转化,后续证明方法笔者仅提供辅助线及全等提示,相信稍具几何证明功底的朋友都见过此题。
将遇到的新的几何问题划归为经典问题算不算“赖皮”?笔者认为姑且不谈抓到老鼠都是好猫,这至少说明做题者对于经典问题的熟悉,并且能够将其引申,这其间同样体现了数学思维。
思路四:本质
聆听了大家的讨论,笔者突然有所顿悟,发现其实图中的点D并不简单!它实际上就是△ABC的外心(等边三角形,内心、重心、外心、垂心四心共点),那联结AD后,AD、BD、CD皆是△ABC外接圆的半径,他们都相等!
利用此,可以直接将△AMD、△AND绕点D旋转使得AM、AN皆落到边BC上!
比如在BC上截取BE=AM、CF=AN,联结DE、DF即可轻松证明△AMD≌△BDE,△AND≌△DFC,
得:DM=DE,DN=DF
得:∠MDA=∠BDE,∠ADN=∠FDC
∠BDE ∠FDC=60°,∠EDF=∠MDN=60°
从而证明:△MDN≌△DEF
四种解法优劣大家自有评议,但若能挖掘出数学问题的本质属性,确能更通透地理解其各种不同解法,这是大家共同的收获!
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