平移,旋转,轴对称是我们初中学习的“几何三大变换”。在我们初中阶段学习的几何知识中占据着核心的地位,特别是旋转,那更是核心中的核心(河南中考22题年年考)。
如何更好的理解旋转,如何更好的利用旋转这个工具来解题,相信下面的内容一定会让你眼界大开,有一种“山穷水复疑无路,柳暗花明又一村”的感觉。
另外,随着教材的改版,圆的知识在中考中的显性考察在变少(显性考察是指一看题目就知道考圆的),但是隐形考察(辅助圆,利用隐圆求最值,四点共圆等)却一点也没少,而且往往和压轴题结合起来,所以,今天也希望通过下面的讲解帮助大家建立利用“圆”来妙解题目,理解“圆来如此”的真正含义。
话不多说,直接上题:
如图,正方形ABCD的边长为6,点O是对角线AC、BD的交点,点E在CD上,且DE=2CE,过点C作CF⊥BE,垂足为F,连接OF,则OF的长为________
(这个题目我们最早八年级上册学完勾股定理便会遇到,到了九年级方法就更多了。
分析:
由题中条件可知:E为定点,则BE为定线段,因为CF⊥BE,所以F也是定点,则OF的长是唯一确定的。
并且根据题中的数据可以得到以下信息:
0B=OC=OA=OD=
CE=2,ED=4,BE=
,
CF=
(在RTBCE中利用斜高定理即可求出)
BF=
,EF=
(可利用勾股定理得到)
因为篇幅关系,下面只介绍基本方法,具体求值有些需要上面的四组数据,因此先罗列出来。
下面展开说方法:
方法一:
利用八年级知识构造弦图来解决。
由弦图可知:四边形NHFM为正方形,△OHF为等腰直角三角形,因此HF=
OF,所以要求OF,只要求出HF即可。
同样利用弦图的知识可知:BCF,CMD,ADN,ABH均为全等的直角三角形,所以BH=CF=
,因为BF=
所以HF= BF—BH=
—
=
,
因此,OF=
=
下面的解法二到解法五都是利用旋转(或叫构造)来解决。---此法曾经在公众号上发表过,点击查看【“秘诀在手,学习无忧”陈中状元班教你丛横江湖】。
思路来源:发现OB=OC,根据等线段共端点想到利用旋转来解题。
方法二:
旋转△OFC
可将△OFC绕点O顺时针旋转90°,得到△OMB,不过要先通过8字形证明∠OCF=∠OBM,才能说明M落在BE上。
或者直接过点O作OM⊥OF交BE于点M,可证明△OMB≌△OFC,其实就是构造直角共顶点的手拉手模型。可得OMF为等腰直角三角形,MF=
OF,后面的计算与方法一保持一致,不再叙述。
方法三:
既然可以旋转△OFC,当然也可以旋转△OBF
可将△OBF绕点O逆时针旋转90°,得到△OCM ,不过也是要先通过8字形证明∠OCM=∠OBF,才能说明C、F、M三点共线。
后面的思路与解法二类似,不再叙述。
方法四:
既然手拉手全等可以,构造手拉手相似当然也行。---本质也是旋转
构造出三角形FBM与三角OBC两个等腰直角三角形45°共顶点,易得BOF相似于BCM,且相似比是
,因此,
,而CM=FM—FC=BF-FC可以得到,因此可快速求出OF的长。
方法五:
将构造手拉手相似进行到底。方法与上面类似,不再叙述。
构造出三角形FCM与三角形OCB两个等腰直角三角形45°共顶点,易得OCF相似于BCM,且相似比是
, 因此,
,计算出BM即可。
方法分析:方法二与方法三是手拉手全等,方法四与方法五是手拉手相似。本质都是旋转,但是方法四和方法五从计算上来看更快一些。
下面我们介绍两种四点共圆的方法:
方法六:
利用公式--此法我在标题为“秘诀在手,学习无忧”陈中状元班教你丛横江湖的文章中也提到过。
因为O、B、C、F四点共圆,因此,可直接立利用公式来解决。根据:OB×CF+BC×OF=BF×OC来求出OF的长(其余边长均知道)
方法七:
这个也很巧
因为O、B、C、F四点共圆,且易知BC的中点N为圆心。则可知NF=NO=3,∠α=∠β,由12345模型(后面会介绍这个模型)可知,
,因此
,因此可得MNF的三边比为
,根据NF长求出FM的长度,而OF=2FM,即可求出OF的长。
四点共圆的作用就在于一个“秒”字,掌握好这种方法,能大大减少我们的书写过程,带来不一样的感受。
方法八:
利用12345模型,此模型最基本的结论为:若α+β=45°,且
,则
,即如果两个两角之和为45°,其中一个角的正切是
,则另一个角的正切是
,三个内容可知二推一。
这个模型在我们解决二次函数角度问题中起着非常重要的作用,能大大减少计算量和思维量。2019年郑州市九年级一模23题最后一问用这个模型来解决非常的快,所以这个模型是非常巧妙的方法,值得我们细细品味。
因为
,且α+β=45°,所以
,因此可得OBM的三边比为
,因为 0B =
,所以可以得到
,所以
方法九:
利用面积法----这里推荐一本书:《仁者无敌面积法》,相信数学有研究的人对编者:彭翕成老师和张景中老师都非常熟悉。
此法实在是妙,每每看到这个解法,都发自内心的喜悦与满足。
因为DE:EC=2:1,所以BCE的面积是BED面积的一半,又因为O是BD中点,所以BOE的面积是BED面积的一半,因此,BCE的面积等于BOE的面积,又因为两个三角形同底,因此高相等,即OM=CF=
,因此,
方法十:
建立平面直角坐标系来解决
根据题中条件,容易得到点C,点E的坐标,进而可求出直线BE的函数关系式,再利用两直线垂直,K值的积为—1,便可得到直线CF的K值,再利用C点坐标求出直线CF的函数关系式,然后联立BE与CF的关系式,求出F点坐标,最后利用两点间的距离公式求出OF的长度。
将几何图形放到坐标系中的方法往往能出奇制胜,收获惊喜。
方法十一:
利用天然存在的相似来解决(A字型)----发现相似是关键,如果能发现,计算会非常简单。
利用BOF相似于BED,BED的三边均知道,因此三边比都知道了,而BOF中知道B0的长度,便可根据三边的比例关系求出OF的长度。
方法十二:
利用天然相似(8字型)
图1可得到BCM相似于OFM,可得
,即
,得到
(这里关于
的比值可由前面12345模型得到)
由第十一种、第十二种、第十三种解法可知:A字型和8字型作为最基本的相似模型,太重要,太重要,太重要!!!
方法十三:
构造三垂直(改斜归正)
利用图1的全等和图2的相似,再结合方程思想便可求出OF的长度。
方法十四:
构造直角三角形-特别注意OMF为等腰直角三角形
利用勾股定理与方程思想便可求出OF的长。
方法十五:
利用最基本的方法:将线段放到直角三角形中解决问题
利用勾股定理、方程思想以及三角函数,便可求出OF的长。
同一题目,站在不同视角就会有不同的方法,而多视角的解决问题,也有助于加深我们对各个知识的理解与应用,希望同学们能从中得到启发,就像我常说的“让数学点亮智慧”,真正通过这方面的思考提升我们的思维与理科素养。
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