群里有人发了份本地某中学的初三卷,据说“很难”、“学生都哭了”。今天就来评点下最后两道压轴题的思路。
几何压轴的第一小题,首先是掌握特殊角度的三角函数值,tan∠ABC=1⇒∠ABC=45°。即便记不清,只要理解正切的概念,RtΔACB中,tan∠ABC=AC:BC=1,即ΔACB为等腰直角三角形,同样可推出∠ABC=45°。
再看待证结论∠ECD<45°,注意到RtΔCED,于是结论等价于证明∠CDE>45°,而∠CDE作为外角显然大于∠ABC,这小题还是比较简单的。
基本模型要熟悉
等腰直角三角形,垂直......读题看图时,已经有一些熟悉的图形浮现在我的脑中,比如弦图、正方形中的十字架。等看到待证结论时,证明思路自然就出现了:
构造全等⇒平行⇒相似成比例
从结论开始分析
如果对基本模型还不够熟悉,那就要学会去分析题目,首先看结论。待证的是个比例式,常见的就是平行(相似)成比例。
结合线段在图形中的位置,一种思路就是如下图过B作AC的平行线,与CE延长线交于G,其实就是刚才的十字架,只是证明顺序有点区别:
作平行线⇒相似成比例+全等
也可以如下图过B点作CE的平行线⇒BE:EF=CG:CF
那么等价于证明CD=CG,这就是基础的全等证明,不多说了。
拿出你的量角器
再来看第二小题,我的建议是马上拿出量角器,量下∠CEF和∠ABC。既然要用∠ABC的正切值表示∠CEF的正切值,那么这两个角显然有某种联系。
测量完我们可以大胆猜测两个角互余,这就有了思考的方向。建议自己先思考,再来参考本小镇做题家的思路。
显然∠CEF和∠3互余,欲证∠CEF和∠ABC互余,等价于证明∠3=∠ABC。
而∠3=∠1+∠4,∠ABC=∠1+∠2,欲证∠3=∠ABC,等价于证明∠2=∠4 。
而∠2=∠4 ,明显有ΔBDE∽ΔADB。要证相似,有公共角,那么需证夹公共角的对应边成比例:
BD:DE=AD:BD
再看看还有什么条件,D是BC中点,BD=CD,即需证:
CD:DE=AD:CD
而图中下侧就是常见的相似直角三角形,ΔCDE∽ΔADC,即可推出上面的比例式。思路通了,再反过来从条件出发书写证明,这种证法都不需要添加辅助线。
如何作辅助线
当时我是躺床上用手机看这道题,没有条件用量角器,那么要求∠CEF的正弦值,自然需要有一个包含∠CEF的直角三角形,这就是作辅助线的出发点。
从图上看,可以过F做CE的垂线,或者过C作CE的垂线。再结合条件观察,显然后者更合适。
作出辅助线后易知DE∥CG,而BD=CD,由平行线分线段成比例推出BE=EG,DE即中位线,所以
tan∠CEF=CG:CE=2DE:CE=2tan∠1
易知∠1=∠2且D为BC中点,所以
tan∠CEF=2tan∠2=2CD:AC=BC:AC
而tan∠ABC=AC:BC=a,所以
tan∠CEF=1/a
再来看看函数的压轴题
第1小题将A、C两点坐标代入抛物线解析式,联立方程求解即得 y=½ x²+2x
第2小题,SΔABP=a 是定值,由A、C两点坐标可以确定AC直线方程,继而求出B点坐标,则AB也是定值,所以AB边的高h亦为定值。
则点P在距离AB为h的平行线上,显然在AB上侧的平行线与抛物线有2个交点,所以在AB下侧的平行线与抛物线恰有1个交点。
AB直线方程是一次函数 y=x+4,设其平行线为y=x+b,与抛物线恰有一点交点即联立方程恰有一个解,配个方即得
(x+1)²=2b+1
所以b=-½,平行线y=x-½与X轴交点D(½,0),由等积变形即得:
a=SΔABP=SΔABD=½ AD·OB=9
第3小题我觉得出得不好,中考显然不会出这么难的作图题,如果不知道阿氏圆,我觉得没几个学生可以做出来,难怪“学生都哭了”。
现在的初中几何和我们当年相比,删减了不少内容,但考试内容卷太多了。我都是后来听群里老师说了阿氏圆,去网上查了才了解。
因为不了解阿氏圆,我做的时候也绕了点弯路,还是讲一讲,毕竟这才是正常的解题过程:
分析-联想-尝试-失败-转换思路-再尝试(循环)-解决
首先画图分析抛物线上满足条件的D点,DA:DO=2,联想到角平分线定理,AO的三等分点E可以作出,且DE为角平分线,但思考了一会没想出如何利用角平分线。
于是换个思路,看看能不能找出到AO两点距离比为2的点D轨迹,画出轨迹与抛物线相交即可。于是想到三个满足要求的点:AO的三等分点E、y轴上与A形成正三角形的F和G。
那么轨迹会不会是折线EF和EG呢?在EF上截取OK=OE=a,AK显然大于AE。只有K点略向左平移,AK变小OK变大才可能比为2。至此,我已经有了猜测,D点的轨迹是个圆。
由对称性,圆心T显然在X轴上,易知∠OEF=60°且TE=TF,从而推出OT=a,半径为2a。
再来验证一下,圆上任一点F',易得
TF':OT=AT:TF'=2
再加上公共角OTF',有ΔOTF'∽ΔF'TA
从而AF':OF'=2
确实圆上的点都满足要求。
为什么说绕了弯路?
因为开始只想到AO的定比内分点,没想到AO的定比外分点。我们当年的教材里是有角平分线定理的,而且分内角平分线定理和外角平分线定理。
角平分线定理的逆命题也成立,证明方法相似,差别主要是前者是用等角对等边,后者是用等边对等角。
那么看下图,设E、F分别为AB的定比内分点和外分点,
AD:BD=AE:BE=AF:BF=t (t≠1)
由角平分线定理的逆定理有:
∠1=∠2,∠3=∠4⇒∠EDF=90°
由泰勒斯定理的逆定理,D就在以EF为直径的圆上。
这个轨迹最先由古希腊数学家阿波罗尼斯发现,故称阿氏圆。
回到原题,要作图找出AO的三等分点E,一种是通用的等分线段的方法。任意作条射线AT,在AT上任取点A1,依次截取AA1=A1A2=A2A3,连接A3O,过A2作A3O的平行线,由平行线分线段成比例定理可知,其与AO的交点E即为所求的三等分点。
第二种利用三角形重心的性质,比如作出AB的中点D和B关于O的对称点B',其与AO交点为E,显然E为ΔABB'重心,即为所求的三等分点。
之后作出E关于O的对称点T,以T为圆心,ET为半径作圆与抛物线相交,交点即为所求。
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