几何证明题的形式多种多样,千姿百态.但无论其结论是何种形式,题中所给的条件与所证的结论都是有内在联系的.抓住这种联系,联想相关的定义、性质和定理,其证明思路也是有一定规律可循的.如:遇线段(角)的“和、差、倍、分”的证明,常截长补短(或加倍减半);遇“线段等积式”的证明,常利用(构造)相似三角形;遇“中点”,常构造中线或中位线;等等.这就是所谓的常规思维.
愿下面这道题的几种证法,能帮助同学们在证明复杂几何题时,通过常规思维,迅速找到解决问题的有效途径.
题目:梯形ABCD中,AD∥BC,M、N分别是AD、BC的中点,若∠B与∠C互余,求证:BC-AD=2MN.
分析1:若从条件“梯形ABCD中,∠B与∠C互余”出发来考虑,可先构造直角三角形,注意到“中点”条件,再利用直角三角形的性质.于是有:
证法1:如图1,延长BA、CD交于E,连EN交AD于M' .
由∠B与∠C互余,知 ∠BEC=90°,△BEC为直角三角形.
∵AD∥BC,N为BC中点
∴ ∴DM'=AM',
即M'是AD的中点,又M是AD的中点,
∴M’与M重合,即E、M、N三点共线.
由直角三角形的性质知:EN=BC,EM=AD,
∴EN-EM=(BC-AD) 故BC-AD=2MN.
按此思路,还可过点M分别作ME∥AB,MF∥DC,交BC于E、F(如图2),仿上证之.证明过程请读者自已完成.
分析2:若从结论的左端“BC-AD”出发来考虑,可先考虑截长,构造BC-AD的差所在的线段,再证这条线段与MN的关系.于是有:
证法2:如图3,在BC上截取BE=AD,连DE,由梯形ABCD,知,四边形ABED是平行四边形(如图3),则∠DEC=∠B,BC-AD=CE.
∵∠B与∠C互余,∴∠EDC=90°
取EC中点F,连DF,
则有DF=EC=(BC-BE)=(BC-AD);
∵NF=EF-EN=EC-(BN-BE)=(BC-AD)-(BC-AD)=AD,又M是AD的中点,
∴MD=NF 又MD∥NF ∴四边形MNFD是平行四边形.
∴MN=DF=(BC-AD) 即BC-AD=2MN.
分析3:若从结论的右端“2MN”出发来考虑,可构造三角形的中位线,找出与2MN相等的线段(不妨设2MN=a),再证这条线段恰好等于BC-AD的差所在的线段(不妨设BC-AD=b),即证a=b.于是有:
证法3:如图4,过点C作CG∥MN,交BM的延长线于G,连DG.
∵N是BC的中点,
∴M是BG的中点,从而MN是△BCG的中位线,即2MN=CG;
又过A作AH∥DC交BC于H,则四边形AHCD是平行四边形,从而∠AHB=∠C,BH=BC-AD;
∵∠B与∠C互余,∴∠BAH=90,由M是AD的中点,又是BG的中点,知△AMB≌△DMG(SAS),
∴DG=AB,∠MDG=∠MAB;
由四边形AHCD是平行四边形,知,DC=AH;
∵∠CDG=360-(∠MDG+∠ADC)=360-(∠MAB+∠ADC)=360-(360-∠B-∠C)=360-(360-90)=90,
∴△CDG≌△HAB(SAS),
∴CG=HB=BC-AD,即BC-AD=2MN.
分析4若从结论的左右两端同时出发来考虑,需找出与“2MN”相等的线段(不妨设2MN=m)及与“BC-AD”相等的线段(不妨设BC-AD=n),证m=n即可.于是有:
证法4:如图5,过点D作DF∥MN并延长DF至G,使FG=DF,即2MN=DG;再过点C作CE∥AB交AD的延长线于E,连CG、AG(设AG交BC于点N'),则四边形ABCE是平行四边形,从而BC-AD=DE;
∵M是AD中点,又MN∥DG,
∴点N'必是AG的中点(经过三角形一边的中点平行于另一边的直线必平分第三边),
∴MN'是△ADG的中位线,从而2MN'=DG,又2MN=DG,
∴N'与N重合,从而N是AG的中点;
∵N是BC的中点,
∴△CGN≌△BAN(SAS),
∴∠NCG=∠B,CG=BA,
∴CG∥AB,又EC∥AB且EC=AB,
∴E、C、G三点共线,
∵∠E=∠B,∠CDE=∠BCD,∠B与∠BCD互余,
∴∠DCE=90,
∴DC是GE的中垂线,从而DE=DG=2MN,即2MN=BC-AD.
同学们,你看完此题的证法后有何感想?相信你今后再遇到复杂的几何证明题时,不会那么恐惧了吧?
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