题目:
如图,点C为△ABD外接圆上的一动点,∠ACB=∠ABD=45°。
1、求证:BD是该外接圆的直径;
2、连结CD,求证:√2AC=BC+CD;
3、若△ABC关于直线AB的对称图形为△ABM,连接DM。试探究
三者之间满足的等量关系,并证明你的结论。
分析:跟着问题找条件
题目1:
我们按照外接圆、外心最原始的概念去求证,顺便巩固一下对相关基础方法的理解。
问:如何证明BD是△ABD外接圆直径?
答:按照定义,直径是过圆心的弦。所以证明圆心在BD上即可。
问:如何证明△ABD外心在BD上?
答:按照定义,到A,B,D等距离的点即为外心。证明此点在BD上即可。
如图,取BD中点O,连接AO。
问:为什么选取点O?
答:目标是证明BD为直径,那么BD的中点则必然是圆心。反过来,如果BD中点是圆心,则BD必然是直径。
题目2:
问:如何证明√2AC=BC+CD
答:把等式两边的值都找出来。其中,BC,CD都是切实存在的线段,而√2AC=?
问:如何表示√2AC?
答:2个方向:
几何方向:找一条长度等于√2AC的线段(辅助线);
代数方向:用距离公式(需要坐标系),或者勾股定理直接计算。
分别叙述如下:
方向一:几何方法
问:几何方向为什么需要辅助线?
答:因为C的位置不固定,AC的长度必然也不固定,所以必然无法用已有线段表示。
问:怎么做辅助线?
答:先问问为什么是√2倍?√2AC是以AC为直角边的等腰直角三角形的斜边长度!
作辅助线如下(注意措辞,一定要尽量严谨,保证你的辅助线是合理,可以实现的):
过A作AC的垂线,与CB的延长线交于点E(大家思考一下,这个一定相交吗,为什么?),如图
由于∠ACB =45°,所以△AEC是等腰直角三角形,EC为斜边,所以EC=√2AC。而EC=BC+BE,所以我们的目标就是证明BE=CD。
问:怎么证明BE=CD?
答:纯几何方法中,证明两条“离得很远”的线段相等,可用的方法并不多,其中“三角形全等”几乎是必然的选择。
现在来说说为什么这么做辅助线(跟着问题找条件):
第一步:我们的目标:建立以AC为直角边的等腰直角三角形
第二步:所以,只能以A或C为顶点作AC的垂线,将AC作为一条直角边
第三步:建立等腰直角三角形,还需要找一个以A或C为顶点的45°角,而恰好∠ACB=45°
所以,以A为直角顶点,即过A作AC垂线(放弃过C做垂线),延长CB去得到斜边。顺着这个思路,还可以把垂线向另一个相反方向延伸,与CD延长线相交。如图
后续证明,大家可以自行尝试一下。
方向二:代数方法
本文所用知识、工具全部在初中学力范围内。
如图,以外心O为原点,延长OA作y轴正半轴,延长OD作x轴正半轴。根据题意,点C在⊙O位于x轴以下的弧上。
记⊙O半径为r>0,则A(0,r),B(-r,0),D(r,0);记C(x,y),则y<0,C坐标满足
第一步:计算√2AC,BC和CD的长度
发现新问题:由于根号的存在,无法比较√2AC与BC+CD。
第二步:去根号(平方)
整理(第二次去根号)
于是可得√2AC=BC+CD。
思考:第二次去根号是必须的吗?
题目3:
采用了代数方法,几何方法需要多条辅助线,大家自行尝试。与题目2相同,建立坐标系:A(0,r),B(-r,0),D(r,0);记C(x,y)。
问:DM、AM与BM的平方,有和关系?
答:利用距离公式,对上述平方项进行表达。其中M坐标(表达式)未知
第一步:求M坐标
记M(m,n),M与C关于AB对称,所以有如下关系
整理可得
第二步:表示3条线段的平方
注意到C在⊙O上,即x,y的平方和为r的平方,整理得
回顾:
一、我对几何方法始终有一些“偏见”,因为几何方法严重依赖几何图形的呈现,而这种呈现有以下几方面的问题:
1、不严谨:你想象出来的图形是正确的吗?比如,辅助线添加合理吗?以本题为例,垂线与延长线相交是合理、必然的吗?
2、易漏解:考人脑去构思、想象几何图形的样子,很多时候容易漏掉某些情况。
3、有难度:这个主要集中在辅助线的添加,虽然都有迹可循,但关于“辅助线为什么这么添加”,有时如草灰蛇线,“很没有道理”可讲。过一段时间,我会搜集整理一些涉及辅助线添加的几何问题,解析“为什么这么添加”,分享给大家。
二、题目2中的最后,我向大家提问:二次去根号是必须的吗?2BC×CD有什么几何意义吗:三角形BCD面积的4倍!-4ry呢?恰好也是三角形BCD面积的4倍。
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