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在初中平面几何中,圆别具一格,以其多变题型与巧妙转化在图形中独领风骚。圆幂定理、切线长定理、垂径定理、圆周角定理、弦切角定理等等,而要用这些有关圆的定理,其条件首先要有圆,在解平面几何题目过程中,我们发现在许多题目中并不存在圆,而离开圆又会显得极其复杂与繁琐,怎么办?回想平常构造的辅助线都是直的(特殊直线或线段),那么想要利用圆有关性质定理来证明线段相等或角相等、直线平行或垂直,可不可以添一条弯曲的辅助线(圆),从而在图形中起到数量或位置关系上的传递,化难为易、化繁为简?
四点共圆的一些基本图形:
1.四边形一组对角互补,那么这个四边形的四个顶点共圆;
2.四边形一个外角等于它的内对角,那么这个四边形的四个顶点共圆;
3.线段向同侧所张的角相等,那么角的顶点和线段的端点共圆;
4.四边形两条对角线交点分每条对角线所成的两段线段之积相等,那么这个四边形的四个顶点共圆;
5.延长四边形的一组对边相交于一点,若这点到这组对边端点两条线段长的积相等,那么这个四边形四个顶点共圆;
在了解了基本图形和怎样判定四点共圆后,我们就能通过构造这条“弯曲的辅助线”来为我们的解题提供思路,其特点是利用角与线段的数量关系构造辅助线(隐形的圆),再用所构造的圆来进行角与线段的数量及位置关系的转化。下面举例说明:
一、构造隐形的圆,进而判定两线垂直
题1:已知:在Rt△ABC中,∠A=90°,AM⊥BC于M,P是BC上一点,点P在AB、AC上的射影分别为P1和P2,求证:P1M⊥P2M。
分析:想要证明P1M⊥P2M,已由题设可得∠P1PP2= Rt∠,那么目的很明显,只要证明P1、P2、M、P四点共圆,此时这四点又恰好是基本图形3,所以只需证明∠1=∠3。连结AP,就可以用定理1证明P1、P、M、A四点共圆,所以∠1=∠2。同时又可以用定理3证明P2、M、P、A四点共圆,所以∠2=∠3。所以∠1=∠3。
二、构造隐形的圆,进而判定两线平行
题2:如图,在△ABC中,AB=AC,AD⊥BC,∠B的两条三等分线交AD于E,G,交AC于F,H。求证:EH∥GC。
分析:想要证明EH∥GC,则需证明∠6=∠4,又由题设得∠1=∠2=∠3=∠4=∠5。所以∠6只要与其它5个角中任意一个角相等,命题即可得证。而由∠2=∠5,我们可以发现E、B、C、H四点构成基本图形3,所以这四点共圆,从而得到∠6=∠3。
三、构造隐形的圆,进而判定线段间的数量关系
题3:如图,AB,AC切⊙O于B,C,EC为⊙O的弦,AH⊥EC的延长线,
垂足为H,AO交BC于D。求证:■=■。
分析:乍一看BC,AD,EC,AH四条边似乎毫无联系,但如果将比例式变形一下,■=■,我们就能发现它们分别位于两个三角形中,接下来就只需证明这两个三角形相似即可。由题设可得,∠ADC=∠AHC=Rt∠,由此我们发现A、D、C、H构成了基本图形1,所以∠3=∠DAH,∠AHD=∠ACD,而∠ACD=∠E,所以∠E=∠AHD,所以△BCE与△ADH相似。
四、构造隐形的圆,进而判定角之间的数量关系
题4:如图,已知:P为⊙O外一点,PA切⊙O于A,PB切⊙O于B,AB交OP于E,求证:∠APC=∠BPD。
分析:这道题先从结论来看,似乎看不出什么所以然。那么我们就应该从题设着手,但也没有十分清晰的思路。最后观察图形,我们可以发现P、C、O、D四点的位置与基本图形3和4有点符合,但题设也没有什么角相等,于是我们就可以向基本图形4靠拢。再返回来看题设,我们发现:AE·AE=PE·OE(射影定理),AE·BE=CE·DE(相交弦定理),又因为AE=BE,所以AE·AE=PE·OE=CE·DE,所以P、C、O、D四点共圆(定理4),而OC=OD,所以∠OPC=∠OPD,又有∠OPA=∠OPB,两个式子相加,即可得出结论。
通过以上题目的探究,我感受到这条“弯曲的辅助线”的巨大魅力,在证明多种位置关系与数量关系的过程中,都能够大显身手,带来便捷,轻松解决复杂的问题。
为了能够更加熟练地运用“弯曲的辅助线”,总结出以下几点:
1.要想添加这条“弯曲的辅助线”,就应该寻找可能共圆的四个点,得到一个四边形(有时包括对角线),然后根据图形的特点来选择相应的定理加以演变和证明其四点共圆。
2. 对于基本图形要见图知性,熟练地掌握基本图形的性质,快速、准确地从复杂图形中分离出基本图形,然后搭建这条“弯曲的辅助线”为过渡桥梁,进而起到数量及位置关系的传递,化难为易、化繁为简,让解题的过程不再繁琐,清晰明了。
四点共圆的一些基本图形:
1.四边形一组对角互补,那么这个四边形的四个顶点共圆;
2.四边形一个外角等于它的内对角,那么这个四边形的四个顶点共圆;
3.线段向同侧所张的角相等,那么角的顶点和线段的端点共圆;
4.四边形两条对角线交点分每条对角线所成的两段线段之积相等,那么这个四边形的四个顶点共圆;
5.延长四边形的一组对边相交于一点,若这点到这组对边端点两条线段长的积相等,那么这个四边形四个顶点共圆;
在了解了基本图形和怎样判定四点共圆后,我们就能通过构造这条“弯曲的辅助线”来为我们的解题提供思路,其特点是利用角与线段的数量关系构造辅助线(隐形的圆),再用所构造的圆来进行角与线段的数量及位置关系的转化。下面举例说明:
一、构造隐形的圆,进而判定两线垂直
题1:已知:在Rt△ABC中,∠A=90°,AM⊥BC于M,P是BC上一点,点P在AB、AC上的射影分别为P1和P2,求证:P1M⊥P2M。
分析:想要证明P1M⊥P2M,已由题设可得∠P1PP2= Rt∠,那么目的很明显,只要证明P1、P2、M、P四点共圆,此时这四点又恰好是基本图形3,所以只需证明∠1=∠3。连结AP,就可以用定理1证明P1、P、M、A四点共圆,所以∠1=∠2。同时又可以用定理3证明P2、M、P、A四点共圆,所以∠2=∠3。所以∠1=∠3。
二、构造隐形的圆,进而判定两线平行
题2:如图,在△ABC中,AB=AC,AD⊥BC,∠B的两条三等分线交AD于E,G,交AC于F,H。求证:EH∥GC。
分析:想要证明EH∥GC,则需证明∠6=∠4,又由题设得∠1=∠2=∠3=∠4=∠5。所以∠6只要与其它5个角中任意一个角相等,命题即可得证。而由∠2=∠5,我们可以发现E、B、C、H四点构成基本图形3,所以这四点共圆,从而得到∠6=∠3。
三、构造隐形的圆,进而判定线段间的数量关系
题3:如图,AB,AC切⊙O于B,C,EC为⊙O的弦,AH⊥EC的延长线,
垂足为H,AO交BC于D。求证:■=■。
分析:乍一看BC,AD,EC,AH四条边似乎毫无联系,但如果将比例式变形一下,■=■,我们就能发现它们分别位于两个三角形中,接下来就只需证明这两个三角形相似即可。由题设可得,∠ADC=∠AHC=Rt∠,由此我们发现A、D、C、H构成了基本图形1,所以∠3=∠DAH,∠AHD=∠ACD,而∠ACD=∠E,所以∠E=∠AHD,所以△BCE与△ADH相似。
四、构造隐形的圆,进而判定角之间的数量关系
题4:如图,已知:P为⊙O外一点,PA切⊙O于A,PB切⊙O于B,AB交OP于E,求证:∠APC=∠BPD。
分析:这道题先从结论来看,似乎看不出什么所以然。那么我们就应该从题设着手,但也没有十分清晰的思路。最后观察图形,我们可以发现P、C、O、D四点的位置与基本图形3和4有点符合,但题设也没有什么角相等,于是我们就可以向基本图形4靠拢。再返回来看题设,我们发现:AE·AE=PE·OE(射影定理),AE·BE=CE·DE(相交弦定理),又因为AE=BE,所以AE·AE=PE·OE=CE·DE,所以P、C、O、D四点共圆(定理4),而OC=OD,所以∠OPC=∠OPD,又有∠OPA=∠OPB,两个式子相加,即可得出结论。
通过以上题目的探究,我感受到这条“弯曲的辅助线”的巨大魅力,在证明多种位置关系与数量关系的过程中,都能够大显身手,带来便捷,轻松解决复杂的问题。
为了能够更加熟练地运用“弯曲的辅助线”,总结出以下几点:
1.要想添加这条“弯曲的辅助线”,就应该寻找可能共圆的四个点,得到一个四边形(有时包括对角线),然后根据图形的特点来选择相应的定理加以演变和证明其四点共圆。
2. 对于基本图形要见图知性,熟练地掌握基本图形的性质,快速、准确地从复杂图形中分离出基本图形,然后搭建这条“弯曲的辅助线”为过渡桥梁,进而起到数量及位置关系的传递,化难为易、化繁为简,让解题的过程不再繁琐,清晰明了。