老師們熱烈討論的一道題目,題目不難,看似普通,卻妙處無窮?,F(xiàn)將各位老師提及的方法及自己的思考總結(jié)如下,以饗讀者。
先用一句話概括此題:此題只應(yīng)天上有,人間能有幾回聞!
試題呈現(xiàn):
如圖,正方形ABCD的邊長是6,其中,CE=2,CF⊥BE,求OF的長。
首先此題不難推出:
勾股定理可求BE=2倍根號(hào)10
等面積法可求CF=3/5倍根號(hào)10
△BFC~△BCE可以得到BF的長度(也可以用設(shè)x用勾股定理求;射影定理求;三角函數(shù)求)為9/5倍根號(hào)10
∠BOC=90°,∠BCO=45°,tan∠CBE=1/3
已知這些結(jié)論又該如何求解OF的長。那么現(xiàn)在就讓我們從不同視角去尋找解法。
思考視角一:旋轉(zhuǎn)
如圖,此圖形存在等腰,那我們旋轉(zhuǎn)看一看。
很明顯,此圖為手拉手模型,
先說怎么作輔助線:
用旋轉(zhuǎn)的眼光去想,但是寫時(shí)得用推理的語言寫:在BF上取一點(diǎn)F’使BF’=CF,
再說怎么求解:
由8字導(dǎo)角可得∠OBF’=OCF,再利用邊等即可得圖中兩個(gè)陰影三角形全等,進(jìn)一步可推△OFF’為等腰直角三角形,剩下的就是求解FF’的長度了。
利用FF’= BF-BF’=BF-CF即可得到答案
最后利用等腰直角三角形三邊之比或者設(shè)x用勾股定理也可求解OF=
從旋轉(zhuǎn)視角出發(fā),還可以
繞點(diǎn)O逆時(shí)針旋轉(zhuǎn):
解答過程與上相同。
繞點(diǎn)B順時(shí)針旋轉(zhuǎn):
此題利用一轉(zhuǎn)成雙,兩對(duì)相似三角形可以求得OF
繞點(diǎn)B逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)
繞點(diǎn)C順時(shí)針旋轉(zhuǎn)
繞點(diǎn)C逆時(shí)針旋轉(zhuǎn):
思考視角二:四點(diǎn)共圓
四邊形BOFC存在兩個(gè)直角,可以想想是否四點(diǎn)共圓。如圖,將四個(gè)點(diǎn)放到圓內(nèi),這樣就變成了圓相關(guān)問題了,利用圓相關(guān)定理就能解決OF的長(記得北京孫老師首先想到此方法)
利用圓周角定理和垂徑定理可以知道∠OBF=∠HGF,易知OG=FG=1/2BC,那么在Rt△HGF中,只要知道∠HGF的三角函數(shù)值,再列方程即可求解。
求解∠OBF的三角函數(shù)值有很多方法:
方法1:利用8字型BOHCF存在相似可以求解
方法2:利用12345模型可以秒出(參見下篇)
四點(diǎn)共圓還可以幫助解決旋轉(zhuǎn)方法里所涉及的導(dǎo)角。
思考視角三:弦圖
這是一個(gè)正方形,內(nèi)部的折線還存在直角,那有沒有可能考察弦圖,可以試著畫一畫:
可以畫出一個(gè)完美的弦圖,為了更直觀研究這個(gè)圖形,我們給添上顏色:
從圖中易證周圍是4個(gè)全等的直角三角形。利用A字相似即可求解里面小正方形的邊長,然后再求小正方形對(duì)角線即可得到答案。
當(dāng)然此題也可用簡化的弦圖求解,也就是十字架模型,如圖:
從這里由△BCE全等于△CGD得到CG的長,然后導(dǎo)多次相似,最后得到△HOF∽△HCB,進(jìn)而就可以求解OF。
此方法過程比較繁瑣,不過如果知道123模型,此題也可快速出答案。(123模型參見下篇)
思考視角四:相似或三角比
此題里面有很多相等的角,可不可以從相似的角度去思考呢?
如圖
圖中其實(shí)存在天然的相似,△BOF∽△BED,這個(gè)相似不容易看出來,它是一個(gè)反A字相似,(看反A和母子型,需要用旋轉(zhuǎn)加位似的眼光來看)
只需要證明∠BFO=∠BDC=45°,證明方法:
由四點(diǎn)共圓可知;或者由兩次8字導(dǎo)角可知;按照旋轉(zhuǎn)的方法也可知道
除了這樣,題中其實(shí)還存在天然的相似:
從圖中容易得到△BOG∽△CFG, △BGC∽△OGF, 其中CF和OB的長度都是容易得到的,也就是相似比容易得到,這樣OF的長度就可輕松求解。
此題用相似來解,關(guān)鍵就是導(dǎo)角導(dǎo)邊,既然導(dǎo)角導(dǎo)邊,那可不可以用強(qiáng)大的導(dǎo)角導(dǎo)邊工具-三角函數(shù)來解決呢?如圖作輔助線,
利用等腰直角三角形DIE,直角三角形BIE,直角三角形BHO,直角三角形OHG多次導(dǎo)角導(dǎo)比,即可求解。
在這里,段廣猛老師提到要有一種大平面觀的意識(shí):整個(gè)平面內(nèi),只要角等就可以比等,比確定后,只要確定一邊,就可確定另一邊,這樣不僅邊與邊緊密相關(guān),而且邊與角也緊密相關(guān),從而整個(gè)平面就融為一體。
思考視角五:構(gòu)直角三角形
這題可以構(gòu)造直角三角形,利用勾股定理來解嗎?
如圖:
通過導(dǎo)角導(dǎo)邊可知△OGF為等腰直角三角形,后面OF就好求了。
如圖作GF⊥OC也是可以利用勾股定理求解。
鄭州于老師提出如圖作輔助線方法,方法是一邊一角一垂線,靈感來源是佛經(jīng)里說的一花一葉一菩提,其中利用∠CFO=135°,然后設(shè)X求解。此法令人印象深刻。
更令人驚奇的是,于老師還提到此題可用高中學(xué)習(xí)的余弦定理。詳細(xì)參見下篇。
我們想了各種作輔助線的方法,其實(shí)能不能用最原始的方法呢?這里要求的OF是一條傾斜的線,那我把它放到一個(gè)橫平豎直的直角三角形里是不是可求,也就是我作一些橫平豎直的輔助線,如圖:
利用直角三角形FLC可求FL和LC,然后再利用矩形FLKJ可知JK,最后利用直角三角形OJF可求OF
突然有一點(diǎn)大工不巧的感覺,前面想了這么多神奇的輔助線,其實(shí)用最簡單的輔助線也可以解決。
思考視角六:面積視角
如下圖,可以取BC中點(diǎn)G,然后得到斜邊中線,接著求證DF=OD,OG=FG
得到DG為中垂線,然后利用△OGC的面積等于△OGD的面積(等積轉(zhuǎn)換),而△OGD的面積可以用OJ*GD除以2表示(等面積法)即可算出OJ
進(jìn)而OF即可求。
這里的解法涉及到了面積,其實(shí)除了這樣還有一種鬼斧神工的面積法,
王老師說一眼看出OG=CF,為什么呢?
因?yàn)椤鰾EC面積=△ODE面積=△BOE面積,這是由等高等底定理得到。
這樣推出OG=CF,后面利用導(dǎo)角即可求解。
不得不說,有人就是有火眼金睛,天生直覺能力強(qiáng)。
思考視角七:造K字
作為改斜歸正思想中的一種威力無窮的方法,這題可以用K字解決嗎?
見直角可造K字,如上圖兩個(gè)綠色三角形為K字全等,這里不僅有一個(gè)K字全等,還有一對(duì)K字相似,如下圖:
利用這兩個(gè)K字,列方程即可求解。
點(diǎn)評(píng):此法比較難以想到,不過計(jì)算量并不大,設(shè)x列方程會(huì)是一個(gè)一元一次方程。此法的使用說明的不是此法厲害,而是此題厲害,一道簡單的題目既然包括如此多的方法,可謂包羅萬象,氣象萬千。
思考視角八:坐標(biāo)法
此類題目,當(dāng)然可以采取簡單直接的坐標(biāo)方法解決
如圖,利用垂直直線的比例系數(shù)互為負(fù)倒數(shù)的關(guān)系,可以求出CF解析式,然后聯(lián)立CF和BE解析式可以求出點(diǎn)F坐標(biāo),最后利用兩點(diǎn)距離公式可以求解出OF長度。
當(dāng)然其實(shí)在算CF解析式也可以避免使用比例系數(shù)互為負(fù)倒數(shù)關(guān)系,如圖:
利用十字架模型,可以比較快速地得到CF解析式。
這種建系法在解決中考幾何填空題往往能起到絕境逢生的作用,不需要太多的幾何構(gòu)造思維,不過解決的題型比較有限,另外部分知識(shí)可能已經(jīng)超綱,而且大量計(jì)算也是此法的一個(gè)弱點(diǎn)。
至此,此題解法對(duì)于一般初中生可以接受的思路方法就結(jié)束了。但是解題還沒有結(jié)束,如果我們站在更高角度,能不能總結(jié)出此題所涉及的更高階的通性通法?
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