「初中數學」"化斜為直”構造直角三角形解題的常用方法

「初中數學」

初中數學中,"化斜為直”作為一種解題策略,應用相當廣泛,也可以說是一種重要的轉化思想,它可以將各種"斜”元素轉化為"直”元素,如將"斜”線段化到"直”線段,"斜"距離化到"直"距離,"斜”比化到"直”比,"斜”角化到"直“角,"斜"三角形化到"直”三角形,"斜”正方形化到"直“正方形,"斜”面積化到"直”面積,"斜"運動化到"直“運動等,常見作"水平,豎直"的輔助線,當然不是唯一的,下面以幾例三角函數題進行說明.

一.無直角,無等角的三角形作高

1.如圖,在△ABC中,已知BC=1+√3,∠B=60°,∠C=45°,求AB的長.

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【分析】本題條件簡單,明瞭,求AB的長是一條"斜”著的線段,生活中,我們見到的物體絕大多數是水平,豎直放著的,它符合我們的審美觀,同時這種放置,物體也是較穩定的,數學中畫出的圖形,水平,豎著的時候也容易計算,這樣遇到"斜”的線段,或角,或其它圖形等,往往就需要轉化為"水平,豎直”的圖形,這就是"斜”化"直”策略,總的思想是把"斜"的不易計算的轉化為"直”的容易計算的,常見的方法是,作"水平或豎直"的輔助線,所以這一輔助線非常重要。就本題來說,過A點作AD⊥BC於D,如圖

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由於∠C=45°,則AD=DC,又由於∠B=60°,則AB=AD÷sin60°=2√3AD/3,從而斜線段AB轉化為豎直線段AD,又BD=AD÷tan60°=AD÷√3=√3AD/3,設AD=DC=x,則BD=√3x/3,∴√3x/3+x=1+√3,解得x=√3,則AB=2√3×√3/3=2.

二.有直角、無三角形的圖形延長某些邊

2.如圖,在四邊形ABCD中,AB=2,CD=1,∠A=60°,∠D=∠B=90°,求四邊形ABCD的面積.

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【分析】要求不規則四邊形ABCD的面積,我們想到用"割補法”來計算,其中有"斜”線段BC,相應的要轉為"直"線段,如圖延長AD,BC,交於點E.

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∵∠A=60°,∠B=90°∴∠E=30°,在Rt△ABE中,BE=AB/tan30°=2/tan30°=2√3,在Rt△CDE中,EC=2CD=2,∴DE=EC×cos30°=2×√3/2=√3,∴S四邊形ABCD=SRt△ABE一SRt△ECD=1/2×AB×BE一1/2×CD×ED=1/2×2×2√3一1/2×1×√3=3√3/2.

當然本題也可用下圖幾種方法計算,給出圖形,同學們自己做一做.

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三.有三角函數值不能直接利用時作垂線

3.如圖,在△ABC中,點D為AB的中點,DC⊥AC,sin∠BCD=1/3,求tanA的值.

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【分析】條件有sin∠BCD=1/3,但沒有∠BCD所在的直角三角形,無法利用,但已知DC⊥AC,且D為AB的中點,通過倍長中線或作垂線都能構造含∠BCD的直角三角形,如圖,過點B作BE⊥CD,交CD的延長線於點E,

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∵點D是AB的中點,∴AD=BD,又∠ACD=∠BED=90°,∠ADC=∠BDE,∴△ACD≌△BED,∴CD=DE,AC=BE,在Rt△CBE中,sin∠BCE=BE/BC=1/3,∴BC=3BE,由勾股定理得,CE=2√2BE,∴CD=CE/2=√2BE=√2AC,∴tanA=CD/AC=√2.

四.求非直角三角形中角的三角函數值時構造直角三角形

4.如圖,在△ABC中,AB=AC=5,BC=8,若∠BPC=1/2∠BAC,求tan∠BPC的值.

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【分析】∵AB=AC=5,BC=8,則等腰△ABC是確定的,又∠BPC=1/2∠BAC,我們就想到過點A作AE⊥BC於E,如圖,(利用三線合一)

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則∠BAE=1/2∠BAC,∴∠BPC=∠BAE,BE=1/2BC=4,則AE=3,∴tan∠BPC=tan∠BAE=BE/AE=4/3.

五.利用網格畫平行線構造直角三角形

5.如圖①,在邊長為1的正方形網格中,連接格點D,N和E,C,DN和EC相交於點P,求tan∠CPN的值.

(1)直接寫出圖①中tan∠CPN的值_______;

(2)如圖②,在邊長為1的正方形網格中,AN與CM相交於點P,求cos∠CPN的值;

(3)如圖③,AB⊥BC,AB=4BC,點M在AB上,且AM=BC,延長CB到N,使BN=2BC,連接AN交CM的延長線於點P,求∠CPN的度數.

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【分析】網格圖形有關的題目,近年來在中考中常常出現,網格圖本身有"水平,豎直的平行線,網格圖中易於找線段間的比值關係,易於找相關的直角三角形,從而為解題帶來了方便.

(1)觀察到∠CPN不在直角三角形中,需構造一個含與∠CPN等角的直角三角形,注意到CE是正方形的對角線,則連接格點M,N,MN∥CE,再連接格點D,M,則∠DMN=90°,∠DNM=∠CPN,∴tan∠CPN=tan∠DNM=DM/MN=2√2/√2=2.

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(2)仿照第(1)問,連接格點A,B,可得AB∥MC,連接BN,則∠ABN=90°,∠CPN=∠BAN,在Rt△ABN中,AB=BN=√5,AN=√10,∴cos∠CPN=cos∠BAN=√2/2.

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(3)通過條件分析,構建以BC為1個單位長的網格圖,連接格點A,D,格點D,N,如下圖,

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則AD∥CM,∴∠CPN=∠DAN,∠ADN=90°,在Rt△ADN中,AD=DN=√10,AN=2√5,∴cos∠CPN=cos∠DAN=AD/AN=√2/2,∴銳角∠CPN=∠DAN=45°.

【總結】以上列舉了,化"斜”為"直“的常見方法,不管題目難還是易,但本身這一策略很重要,有了這一策略,遇到相關題目時心中便有了方法,不至於束手無策,平時做題時有意識地運用這一策略,方能使解題能力更上一層樓。解題方法有多種,需要同學們內化吸收,歸納總結,就像一個藝人一樣,懷揣獨門絕技,便能無往而不勝。


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