一題十五種解法夠不夠? 旋轉,構造,四點共圓樂不停

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平移,旋轉,軸對稱是我們初中學習的“幾何三大變換”。在我們初中階段學習的幾何知識中佔據著核心的地位,特別是旋轉,那更是核心中的核心(河南中考22題年年考)。

如何更好的理解旋轉,如何更好的利用旋轉這個工具來解題,相信下面的內容一定會讓你眼界大開,有一種“山窮水復疑無路,柳暗花明又一村”的感覺。

另外,隨著教材的改版,圓的知識在中考中的顯性考察在變少(顯性考察是指一看題目就知道考圓的),但是隱形考察(輔助圓,利用隱圓求最值,四點共圓等)卻一點也沒少,而且往往和壓軸題結合起來,所以,今天也希望通過下面的講解幫助大家建立利用“圓”來妙解題目,理解“圓來如此”的真正含義。

話不多說,直接上題:

如圖,正方形ABCD的邊長為6,點O是對角線AC、BD的交點,點E在CD上,且DE=2CE,過點C作CF⊥BE,垂足為F,連接OF,則OF的長為________

(這個題目我們最早八年級上冊學完勾股定理便會遇到,到了九年級方法就更多了。

分析:

由題中條件可知:E為定點,則BE為定線段,因為CF⊥BE,所以F也是定點,則OF的長是唯一確定的。

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並且根據題中的數據可以得到以下信息:

0B=OC=OA=OD=

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CE=2,ED=4,BE=

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CF=

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(在RTBCE中利用斜高定理即可求出)

BF=

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,EF=

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(可利用勾股定理得到)

因為篇幅關係,下面只介紹基本方法,具體求值有些需要上面的四組數據,因此先羅列出來。

下面展開說方法:

方法一:

利用八年級知識構造弦圖來解決。

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由弦圖可知:四邊形NHFM為正方形,△OHF為等腰直角三角形,因此HF=

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OF,所以要求OF,只要求出HF即可。

同樣利用弦圖的知識可知:BCF,CMD,ADN,ABH均為全等的直角三角形,所以BH=CF=

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,因為BF=

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所以HF= BF—BH=

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=

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因此,OF=

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=

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下面的解法二到解法五都是利用旋轉(或叫構造)來解決。---此法曾經在公眾號上發表過,點擊查看【“秘訣在手,學習無憂”陳中狀元班教你叢橫江湖】

思路來源:發現OB=OC,根據等線段共端點想到利用旋轉來解題。

方法二:

旋轉△OFC

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可將△OFC繞點O順時針旋轉90°,得到△OMB,不過要先通過8字形證明∠OCF=∠OBM,才能說明M落在BE上。

或者直接過點O作OM⊥OF交BE於點M,可證明△OMB≌△OFC,其實就是構造直角共頂點的手拉手模型。可得OMF為等腰直角三角形,MF=

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OF,後面的計算與方法一保持一致,不再敘述。

方法三:

既然可以旋轉△OFC,當然也可以旋轉△OBF

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可將△OBF繞點O逆時針旋轉90°,得到△OCM ,不過也是要先通過8字形證明∠OCM=∠OBF,才能說明C、F、M三點共線。

後面的思路與解法二類似,不再敘述。

方法四:

既然手拉手全等可以,構造手拉手相似當然也行。---本質也是旋轉

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構造出三角形FBM與三角OBC兩個等腰直角三角形45°共頂點,易得BOF相似於BCM,且相似比是

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,因此,

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,而CM=FM—FC=BF-FC可以得到,因此可快速求出OF的長。

方法五:

將構造手拉手相似進行到底。方法與上面類似,不再敘述。

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構造出三角形FCM與三角形OCB兩個等腰直角三角形45°共頂點,易得OCF相似於BCM,且相似比是

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, 因此,

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,計算出BM即可。

方法分析:方法二與方法三是手拉手全等,方法四與方法五是手拉手相似。本質都是旋轉,但是方法四和方法五從計算上來看更快一些。

下面我們介紹兩種四點共圓的方法:

方法六:

利用公式--此法我在標題為“秘訣在手,學習無憂”陳中狀元班教你叢橫江湖的文章中也提到過。

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因為O、B、C、F四點共圓,因此,可直接立利用公式來解決。根據:OB×CF+BC×OF=BF×OC來求出OF的長(其餘邊長均知道)

方法七:

這個也很巧

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因為O、B、C、F四點共圓,且易知BC的中點N為圓心。則可知NF=NO=3,∠α=∠β,由12345模型(後面會介紹這個模型)可知,

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,因此

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,因此可得MNF的三邊比為

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,根據NF長求出FM的長度,而OF=2FM,即可求出OF的長。

四點共圓的作用就在於一個“秒”字,掌握好這種方法,能大大減少我們的書寫過程,帶來不一樣的感受。

方法八:

利用12345模型,此模型最基本的結論為:若α+β=45°,且

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,則

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,即如果兩個兩角之和為45°,其中一個角的正切是

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,則另一個角的正切是

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,三個內容可知二推一。

這個模型在我們解決二次函數角度問題中起著非常重要的作用,能大大減少計算量和思維量。2019年鄭州市九年級一模23題最後一問用這個模型來解決非常的快,所以這個模型是非常巧妙的方法,值得我們細細品味。

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因為

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,且α+β=45°,所以

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,因此可得OBM的三邊比為

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,因為 0B =

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,所以可以得到

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,所以

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方法九:

利用面積法----這裡推薦一本書:《仁者無敵面積法》,相信數學有研究的人對編者:彭翕成老師和張景中老師都非常熟悉。

此法實在是妙,每每看到這個解法,都發自內心的喜悅與滿足。

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因為DE:EC=2:1,所以BCE的面積是BED面積的一半,又因為O是BD中點,所以BOE的面積是BED面積的一半,因此,BCE的面積等於BOE的面積,又因為兩個三角形同底,因此高相等,即OM=CF=

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,因此,

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方法十:

建立平面直角座標系來解決

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根據題中條件,容易得到點C,點E的座標,進而可求出直線BE的函數關係式,再利用兩直線垂直,K值的積為—1,便可得到直線CF的K值,再利用C點座標求出直線CF的函數關係式,然後聯立BE與CF的關係式,求出F點座標,最後利用兩點間的距離公式求出OF的長度。

將幾何圖形放到座標系中的方法往往能出奇制勝,收穫驚喜。

方法十一:

利用天然存在的相似來解決(A字型)----發現相似是關鍵,如果能發現,計算會非常簡單。

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利用BOF相似於BED,BED的三邊均知道,因此三邊比都知道了,而BOF中知道B0的長度,便可根據三邊的比例關係求出OF的長度。

方法十二:

利用天然相似(8字型)

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圖1可得到BCM相似於OFM,可得

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,即

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,得到

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(這裡關於

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的比值可由前面12345模型得到)

由第十一種、第十二種、第十三種解法可知:A字型和8字型作為最基本的相似模型,太重要,太重要,太重要!!!

方法十三:

構造三垂直(改斜歸正)

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利用圖1的全等和圖2的相似,再結合方程思想便可求出OF的長度。

方法十四:

構造直角三角形-特別注意OMF為等腰直角三角形

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利用勾股定理與方程思想便可求出OF的長。

方法十五:

利用最基本的方法:將線段放到直角三角形中解決問題

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利用勾股定理、方程思想以及三角函數,便可求出OF的長。

同一題目,站在不同視角就會有不同的方法,而多視角的解決問題,也有助於加深我們對各個知識的理解與應用,希望同學們能從中得到啟發,就像我常說的“讓數學點亮智慧”,真正通過這方面的思考提升我們的思維與理科素養。


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