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由定角定边问题谈通过辅助线构造相似三角形思路分析

前言


辅助线,是可以分析得到的……


'如何添加辅助线'一直是学生学习的难点。其实,很多看似'天外飞仙'的神线是可以通过分析得到的。本文,笔者意在借助一类“定边定角”问题,谈谈通过添加辅助线构造相似三角形的思路分析,希望能给广大教师同仁和学生以启示。

本文中诸多解法是笔者学习段广猛老师微信平台文章所得,在此郑重声明并表示感谢。

问题

如图,已知,在△ABC中,DO是AB边上的高,若∠ADB=60°,AO=√3,OB=2√3,求OD的长

本质分析

根据正弦定理:2R=AB/sin∠ADB,所以当一个三角形中一边及其对角确定,则该三角形的外接圆也随之确定,如本例

以AB为底构造顶角为120°的等腰三角形(同弧所对圆心角是圆周角的两倍),该三角形的顶点O即△DAB外接圆的圆心。

易求圆O的半径为3,OH=1.5,

在Rt△DHO中,DO=3,OH=√3/2,

则DH=√33/2,OD=(√33 3)/2

本解法的辅助线源于定边定角问题中隐藏的确定的外接圆,由于上海初中数学必修教材中并没有出现圆周角等概念,所以该解法并不适用于上海大多数学生,但为了能更好地理解该问题的本质属性,笔者先对此进行了介绍。

总体思路


第一步:尝试

根据特征条件(或结论)尝试添加辅助线;

第二步:设计

根据特征条件(或结论)选择相似基本型;

第三步:构造

利用边的关系构造角从而构造相似型。

解法二

设计:考虑以DO为分界,左右构造相似,考虑星角加圈角为60°,要在DO左侧构造圈角,则需要构造60°的外角,右侧也一样。


构造:利用边的关系构造60°角,在OD上截取OM=1、ON=2,则∠AMO=60°,∠ONB=60°,于是△DAM∽△DNB。

灵感

这样构造辅助线的方式,笔者戏称其为构造“相依型相似”,是处理“定角”问题的一般方法。

解法三

设计:考虑构造“共边共角型”,首先要选择“共角”与“共边”。'共角'应选择已知角∠ADB,'共边'需要从夹∠ADB的两边中选择,就这个问题而言两边皆可,笔者选择了DB,则'共边共角型'的第四顶点就应在射线BA上,使得∠BFA=60°。


构造:利用边的关系构造60°角,在射线BA上截取点E,使得OE=OD/√3,则∠BED=60°,于是△ADB∽△DEB

解法四

设计:考虑构造“一线三等角型”,首先要选择“等角”,本例中'等角'应选择已知角∠ADB;其次要构造“一线”,本例中“一线”应选择过点D的平行线(如图PQ∥AB)。


构造:利用边的关系构造60°角,过点A、B分别做AN⊥PQ于点N、BM⊥PQ于点M,分别在射线NP、MQ上截取点P、Q,使得PN=MQ=OD/√3,则∠APN=∠BQM=60°,于是△APD∽△DBQ。

解法五

尝试:要利用好60°的特殊角,宜构造直角三角形,过点B做BD的垂线与DA延长线交于点P,于是△PBD即是含60°角的直角三角形,三边比为1:√3:2。

设计:此时在直线AB上已有两个直角(∠DOB与∠DBP)与“一线三等角型”还差一个直角,若过点P做PE⊥AB于E,则不仅补全了“一线三等角型”(△DOB∽△EBP,且相似比是1:√3),同时还产生了一组八字形,两者结合解决了该问题。

链接

如下图组,点P可以在线段AB上,可以在线段AB延长线上,可以在线段BA延长线上,皆是一线三等角型(即△ACP∽△DBP)

解法六

尝试:要利用好60°的特殊角,宜构造直角三角形,过点AH⊥DB于点H,△HAD即是含60°角的直角三角形,三边比为1:√3:2。

设计:由于DH:AH=1:√3,∠DHA=90°,就此可通过'横平竖直'的策略构造“一线三等角型”,过点D做AB的平行线DP,过点H做AB的垂线交AB、DP于点Q、点P,于是△DPH∽△HAQ,且相似比是1:√3,于此同时还产生了一组A字形,两者结合解决了该问题。

“构造”是一种高阶思维的体现,但非无本之木、无源之水。

对于教师而言,在教学时,要尽可能展现出该数学问题的来路与出路,解法自然生成。

对于学生而言,要能够实现“构造相似三角形”,首先要对几种基本相似构图(共边共角、一线三等角等)非常熟悉,并且能够深刻理解三角形中的边角关系,善于通过构造边来生成特殊角,从而实现构造相似三角形的目的。


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