用勾股定理解决正方形中的“十字”问题(八年级数学)
在八年级数学《平行四边形》一章中,正方形内两条互相垂直的线段模型,我们称之为“十字”问题,当然它主要的作用是构造全等或直角三角形,在正方形中遇到互相垂直的线段,需要联想到相应的结论,以采用有针对性的方法。
题目
如图,正方形ABCD中,E是AB的中点,F在BC边上,BF=nBC,FG⊥DE交DF于点H,交AD于点G.
(1)如图1,当点F,C重合时,求DH:EH的值;
(2)如图2,若GF垂直平分DE,求n的值;
(3)如图3,n为何值时,∠FAD=2∠ADE?
解析:
(1)这属于典型的十字模型,包含一对全等三角形,△ADE≌△DCG,于是得到DE=CG,于是利用这组等量,我们可进行比值的求解。
设正方形边长为x,则AE=x/2,可用勾股定理求出DE=√5x/2,因为FG⊥DE,在Rt△CDG中,利用面积法可得FG·DH=CD·DG,可求得DH=√5x/5,因此EH=DE-DH=√5x/10,最后求比值结果为2:3;
(2)从题目条件中新增的垂直平分线出发,根据垂直平分线的性质,FG上的点到DE两端的距离相等,因此可连接FD和FE,得到一对斜边相等的直角三角形,分别是Rt△DCF和Rt△BEF,其中Rt△BEF包含我们需要求的n,即BF=nx,如下图:
仍然设正方形边长为x,则AE=BE=x/2,BF=nx,CF=(1-n)x,CD=x,因为DF²=CD² CF²,DE²=BE² BF²,所以CD² CF²=BE² BF²,将线段分别用含x的代数式表示,就能得到一个方程,x² (1-n)²x²=x²/4 n²x²,两边同时除以x²之后,是一个含n的方程,1 (1-n)²=1/4 n²,解得n=7/8;
(3)这道题的难点在于对条件∠FAD=2∠ADE的处理,从图中看,∠ADE是△ADE的一个内角,这恰好是个特殊直角三角形,两直角边比为1:2,在倍角关系中,常见办法有分和凑,不妨将较大的角分成相等的两部分,于是可作∠FAD的平分线,也可在CD上找中点G再连接AG,效果其实是相同的,然而又要和n产生关联,因此过点G作GH⊥AF,连接FG,如下图:
取CD中点G,连接AG,FG,过点G作GH⊥AF于点H,第一对全等三角形是△ADE≌△DAG,得到∠ADE=∠DAG,而∠FAD=2∠ADE,因此∠FAD=2∠DAG,即AG是角平分线,因此GD=GH,而G又是CD中点,因此进一步得到GH=CG,现在我们可得到第二对全等三角形△FGH≌△FGC,CF=HF=(1-n)x,观察∠DGH,其实它也被AG平分,因此AD=AH=x,所以可求得AF=(2-n)x,现在我们在Rt△ABF中用勾股定理列方程,AF²=AB² BF²,得到(2-n)²x²=x² n²x²,两边同除以x²,得到(2-n)²=1 n²,解得n=3/4.
解题反思
本题和我们在习题课中的十字模型略有区别,所以在完成作业过程中,不能生搬硬套,而避免的方法只有一个,就是真的理解了课堂上讲的模型方法。
由此带来更进一步的思考就是,经常遇到一讲就会,一做就错的同学,必然在课堂听讲上存在片面理解的情况,过于注重结果,喜欢凡事先“对答案”,很容易陷入只要答案对,其余都无所谓的恶性循环,治本的方法就是端正态度,以认真的心态对待每一次课,每一道题。
*雪浪纸