手拉手模型是最常见的一类证明全等或相似的重要数学模型,全等型手拉手模型主要有以下三个特征:
双等腰、共顶点、顶角相等 .
【模型解析】
模型一:等边三角形
△ABC 和 △CDE 均为等边三角形,点 C 为公共顶点,如下图:
结论:△ACE ≌ △BCD .
【例题1】如图,△ABD 与 △BCE 都是等边三角形,连接 AE 与 CD,延长 AE 交 CD 于点 F .
求证: AE = DC, ∠AFD = 60° .
证明:
∵ △ABD 与 △BCE 都是等边三角形,
∴ AB = DB , EB = CB , ∠ABD = ∠EBC = 60°,
又 ∵ ∠ABE + ∠EBD = ∠DBC + ∠EBD = 60°,
∴ ∠ABE = ∠DBC,
∴ △ABE ≌ △DBC(SAS),
∴ AE = DC ,∠EAB = CDB .
∵ ∠DAE + ∠EAB = ∠DAB = 60°,
∴ ∠DAE + ∠CDB = 60°,
∵ ∠AFC = ∠DAE + ∠ADB + ∠CDB = 60° + 60° = 120°,
∴ ∠AFD = 180° - ∠AFC = 180° - 120° = 60° .
模型二:等腰三角形
等腰 △ABC 和等腰 △CDE,点 C 是公共顶点,∠ACB = ∠DCE = a , 如下图:
结论:△ACD ≌ △BCE .
模型三:等腰直角三角形
等腰 Rt△AOB 和等腰 Rt△EOF,点 O 为公共顶点,如下图:AE = BF , AE⊥BF .
现将 △EOF 绕点 O 顺时针旋转一周,可以分为以下几种情况来考虑:
结论:
① 图二、三、五,当 A、O、F 三点不共线时, △AOE ≌ △BOF;
② 图一、四、六,△AOB ∽ △EOF;
③ 由图六可知,点 E、F 的运动轨迹是圆弧 (注意特殊位置的最值问题).
模型四:正方形
正方形 ABCD 和正方形 CEFG ,点 C 是公共顶点,如下图:
结论:△BCG ≌ △DCE .
【例题2】如图 ① 所示,四边形 ABCD 是正方形,点 E 是 AB 的中点,以 AE 为边作正方形 AEFG,连接 DE , BG .
(1)发现:
① 线段 DE、BG 之间的数量关系是 DE = BG;
② 线段 DE、BG 之间的位置关系是 DE⊥BG;
(2)探究:
如图 ②,将正方形 AEFG 绕点 A 逆时针旋转,(1)中的结论是否仍然成立?
若成立,请给出证明;若不成立,请说明理由;
【提示】(1)、(2)中,用手拉手模型证明三角形全等即可解题 .
【模型应用】
【例题3】如图,在长方形 ABCD 中,AB = 3 , BC = 4 , E 为 BC 上一点,且 BE = 1,F 为 AB 边上的一个动点,连接 EF,将 EF 绕着点 E 顺时针旋转 45° 到 EG 的位置,连接 FG 和 CG,则 CG 的最小值是多少?
【解析】
如图,当 CG⊥B'G 时,此时 CG 最小 .
解法的实质就是构造了一个和 △BEF 全等、共顶点的三角形,或者说是将 △BEF 绕点 E 旋转了45°.
△FBE ≌ △GB'E ≌ △EOG,四边形 B'EOG 是矩形,∠B'EO = 90°,
从而可知 △EOC 是等腰直角三角形,OE = OC , ∠EOC = 90°,
由 EC = 3,可知 OC = 3√2/2,所以 CG = 1 + 3√2/2 .
【例题4】在正方形 ABCD 中,CD = 2 , 若点 P 满足 PD = 1,且 ∠BPD = 90°,
请直接写出点 A 到 BP 的距离为多少?
【解析】
其实点 P 的轨迹就是以点 D 为圆心,PD 长为半径的圆,∠BPD = 90°,可知 BP 与该圆相切 .
第一种情况:
如图所示,连接 AP , 过点 A 作 AF⊥AP,AE⊥BP,交 BP 于点 F,E .
可证:△ABF ≌ △ADP(ASA),
∴ FB = PD = 1 , AF = AP,
∴ △PAF 是等腰直角三角形 .
设 AE = EF = x , 在 Rt△AEB 中,由勾股定理可得:
AE2 = AB2 - BE2 , 即 x2 = 2^2 - (x + 1)2 ,
解得:x1 = (-1 + √7)/2 , x2 = (-1 - √7)/2 (舍去),
此时点 A 到 BP 的距离是 (-1 + √7)/2;
第二种情况:
如图所示,连接 AP,过点 A 作 AF⊥AP,交 PB 延长线于点 F,AE⊥BP,垂足为点 E .
可证:△ABF ≌ △ADP(ASA),
∴ FB = PD = 1 , AP = AF ,
∴ △PAF 是等腰直角三角形 .
设 AE = EF = x , 在 Rt△AEB 中,由勾股定理可得:
AE2 = AB2 - BE2 , 即 x2 = 2^2 - (x - 1)2 ,
解得:x1 = (1 + √7)/2 , x2 = (1 - √7)/2 (舍去),
此时点 A 到 BP 的距离是 (1 + √7)/2 .
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