从线段中点突破,构建手拉手模型

从线段中点突破,构建手拉手模型

从线段中点突破,构建手拉手模型

我们在审题过程中,对于线段上的中点条件,除了得到等分线段结论之外,往往还可以结合线段本身的特征进一步得到更多结论,例如线段是直角三角形的斜边,则得到斜边上的中线;线段中点有一条垂线,则得到垂直平分线;线段是圆内一条弦,则得到垂径定理基本图形;线段是三角形的一条边,且另一条边也有一个中点,极易联想到中位线;线段是等腰三角形的底边,则可得“三线合一”等等。

而利用线段中点可构的辅助线也非常多,其中最常见的莫过于“中线倍长”,用它来构建全等三角形最为合适。

题目

已知D是Rt△ABC斜边AB的中点,∠ACB=90°,∠ABC=30°,过点D作Rt△DEF使∠DEF=90°,∠DFE=30°,连接CE并延长到P,使EP=CE,连接BE,FP,BP,设BC与DE交于点M,PB与EF交于点N.

(1)如图1,当D,B,F共线时,求证:

①EB=EP;②∠EFP=30°;

(2)如图2,当D,B,F不共线时,连接BF,求证:∠BFD+∠EFP=30°.

从线段中点突破,构建手拉手模型

解析:

(1)两个含30°角的直角三角形,两个中点,这是本小问条件的大致整理结果,接下来我们来建立它们之间的关联:

①在这两个特殊直角三角形中,∠CAB=∠EDF=60°,可推导出AC∥DE,说明∠BMD=90°或BC⊥DE,同时它和点D是中点结合可推导出DM是△ABC的中位线,即可得到点M是BC中点,再与点E是CP中点结合,进一步得到 ME是△BCP的中位线,可推导出EM∥BP,仍然特殊直角三角形中∠DEF=90°,可推导出∠CNB=90°即EF⊥BP,这足以证明EF是BP的垂直平分线,于是EB=EP;

②根据EF是BP的垂直平分线,可知点B、P关于EF轴对称,根据轴对称的性质,∠EFB=∠EFP,而∠EFB=30°,所以可证明∠EFP=30°;

原本第1问到此已经完结,但是这两个结论不得不令人联想到特殊等边三角形,即图中的△PBF,它究竟是不是的呢?不妨来探究一下,顺便也为下一问作好铺垫。

我们已经证明了EB=EP,再加上∠EFB=∠EFP=30°,所以它是一个等边三角形。

我们将CP,DE分别延长交于点G,再连接CD,如下图:

从线段中点突破,构建手拉手模型

我们很容易证明△ACD是等边三角形,同时由DE∥BP,得到△DFG也是等边三角形,由△ACD与△DFG联合构成手拉手经典模型,其间△CDE与△GPE全等,这个模型在后面的小问中还将发挥作用;

(2)当D,B,F不共线时,观察∠BFD和∠EFP,它们分别在∠DFE两边,恰恰∠DFE=30°,即证明两个角的和等于某个角,方法也与证明两条线段的和等于某条线段类似,即截长补短,换成角的话我觉得叫截大补小吧!

这个时候再看一眼前面的推导,可见并不多作,至少指明了方向,我们将DE加倍延长,先构造出一对全等三角形,如下图:

从线段中点突破,构建手拉手模型

用中线倍长法的思路去理解,可证明△CDE≌△PGF,于是CD=PG,∠CDE=∠PGE;

其中CD作为△ABC斜边上的中线,CD=BD,于是便有了BD=PG,这是第一个条件;

由于EF⊥CG且E为DG中点,因此EF是DG的垂直平分线,得到FD=FG,再加上中间还有一个∠EDF=60°,所以△FDG是等边三角形,便有了FD=FG,这是第二个条件;

由于前面已经证明了等边△FDG,所以∠DGF=60°,而∠FGP=60°-∠PGE,而∠FDB=180°-∠ADC-∠CDE-∠GDF=180°-60°-∠CDE-60°=60°-∠CDE,所以可得∠FGP=∠FDB,这是第三个条件;

至此,△FGP≌△FDB,如下图:

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解题反思

此题的两个小问方法众多,本文只列举出一种方法供参考,事实上每个人对条件的观测点不同,对定理印象深浅不同,涉及到的突破口也不同,由此造成了解法多样性,当然,此题第1小问本身设置也很好,为诸多方法提供了接口,只要认真审题了,平时用心学习了,总有适合的解法。

第2小问源自于第1小问,如果不在前面进行铺垫重新思考,会走一段弯路,所以就会想,我们在解决几何问题的过程中,并不会总是一帆风顺,但思考过程中,有些正确的结论或者明显的推论,不妨记在草稿纸上,后面的思考也许用得上,甚至某些失败的推导也不要过早放弃,想想为什么失败,怎样才能成功,也是极好的刷经验副本。

本题中,还隐藏一个彩蛋,即△PBF,它始终是一个等边三角形,有兴趣的朋友不妨挖掘下看,有惊喜哦!

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