一题多解之“九九归一” (2013内江)在半圆中,AB为直径,AD平分∠CAB,AC=3,AB=5,求AD的长.
分析:此题已知条件简单,但是却非常经典,一题多解,精彩无比。
点评:由AD是角平分线,得D是弧BC的中点,联想到垂径定理,连OD,得BC的垂直平分线,再利用中位线、半径等线段之间的数量关系,将问题转至Rt△FBD中,求出BD的长,再回到Rt△ABD中,求出AD的长。方法一构造辅助线的初衷,来自角平分线在圆中可以得弧的中点,这是题眼。
点评:方法二和方法四构造辅助线,都是由角平分线上一点作角两边的垂线,这是角平分线性质的应用。方法三和方法五构造的辅助线,是角平分线对称性的基本图形。方法三,由垂直于角平分线的线段入手,延长BD与角的另一边相交于点E,得等腰△EAB;方法五,是在角的一边AB上截长补短,使AE=AC,构造三角形的全等。从方法二到方法五,都是利用角平分的基本性质构造辅助线,是对角平分的三个基本图的应用。
点评:方法六的辅助线做法来自对角互补图。一条角平分线、一组邻边相等、对角互补(圆内接四边形性质),这三个信息正好是对角互补图的内容,构造旋转全等可破解对角互补图!
点评:方法四、方法六和方法七都属于三角函数“半倍角”构造法的应用。方法四由角平分线作角两边的垂线,根据全等得出线段之间的数量关系,将问题集中到Rt△EFB中,利用勾股定理列方程求解,从而得到半角∠DAB的三角函数值,从而求出AD的长;方法六利用等腰三角形转化倍角和半角之间的三角函数值,从倍角∠CAB处,在CA的延长线上截AE=AB,得等腰△BAE,在Rt△BCE中,得出半角∠CEB的三角函数值,再回到Rt△DAB中,求出AD的值;方法七,利用旋转全等,得到等腰三角形,从而得出半角的三角函数值。方法六和方法七中,构造等腰三角形,是三角函数“半倍角”构造法的常用手段。
点评:方法九的辅助线构造法很巧妙,由等腰三角和角平分线两个条件,联想到了OD∥AC,这是在学习等腰三角形时积累的课外知识。平行线的发现,是此题的题眼,从而利用垂径定理构造矩形,利用等线段的替换,将问题集中到Rt△FAD中,求出AD的长。
总 评
(1)介绍下此题的背景。此题原型出自北师版教材,2013年四川省内江市中考数学试卷上出现此题,由于反响极好,14年武汉市将此题引入当年中考,16年湖南省常德市中考也将此题的改编版。此题解法非常多,可以从多角度解读,也可灵活的考察学生对几何性质的掌握及运用,是一道好题,绝对值得研究。
(2)一题多解并非炫技,而是通过一题多解,探究几何学习的本质:万变不离其宗,根据已知条件,利用几何性质、基本图形,构造辅助线,将问题转化解决。此题解法绝不止9种,笔者之所以选择9种典型代表方法,取名“九九归一”,表达无论题目如何变化,根据课本基础知识、重要基本图形,构造辅助线的几何本质始终不变之意。
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