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由“筝形”引发的探究之旅

2020-09-22陈建

初中生世界·八年级 2020年9期
关键词:平分木棒对角线

陈建

暑假期间,小明用5根木棒制作了如图1所示的模型。其中,AD 的长与AB 的长相等,BC 的长与DC 的长相等,并分别用可旋转的螺丝连接,木棒BC 与DC 的连接处C可在木棒AE 上滑动。小明发现:当C 在可滑动范围内滑动时,∠B 与∠D 的度数始终相等。这是为什么呢?小明百思不得其解。开学后小明学习“全等三角形”,突然有了灵感:这不就是全等三角形问题吗?

这个问题可以用数学语言表达:

小明想,∠B 和∠D 分别在△ABC 和△ADC 中,只需证明这两个三角形全等即可。而AB=AD,CB=CD,AC 又是公共边,显然可用“SSS”证明全等。

小明又琢磨,如果没有AE 这根木棒,∠B 与∠D 还相等吗?他想到,要证角相等,还是要借助三角形。于是,他连接AC,居然和上面问题完全一样。此时,小明由此得到启发:在证明两个三角形全等时,一定要注意隐藏条件,如公共边、公共角、对顶角,有时要学会构造,如构造公共边,这是证明全等三角形时常用的一种辅助线。

这种两组邻边分别相等的四边形和风筝的形状相似,小明觉得这个模型非常神奇,于是他上网搜索。他发现,原来,人们把具备这种特征的四边形称为“筝形”。“筝形”不仅简洁、美观,而且还有许多性质。

性质1 “ 筝形”具有一组对角相等(∠B=∠D)。

性质2 “筝形”的一条对角线平分一组对角(如图3,∠BCA=∠DCA,∠BAC=∠DAC)。

性质3 “筝形”的两条对角线互相垂直,面积等于两条对角线积的一半(如图3,AC⊥BD,S 四边形ABCD=12AC·BD)。

小明发现,性质1、性质2 可以通过△ABC≌△ADC 得到,对于性质3的证明,可以用数学语言表达如下:

已知,如图3,AB=AD,CB=CD,对角线BD 与AC 交于点O,若AC=8,BD=6,求四边形ABCD 的面积

小明想,“筝形”没有面积计算公式,需要把“筝形”转化为熟悉的图形来求面积。对角线AC 把“筝形”分割成△ABC 和△ADC,那么我们便可以计算两个三角形的面积,于是解题关键就是找出AC 边上的高。因为△ABC≌△ADC ,所以∠BCO= ∠DCO 。在△BCO 和△DCO 中,可以利用“SAS”证明全等,所以∠BOC=∠DOC=90°,即AC⊥BD,所以S四邊形ABCD=S△ABC+S△ADC=12AC·OB+12AC·OD=12AC·(OB+OD)=12AC·BD=24。

小明运用转化的思想方法,将“筝形”问题转化为三角形问题,从而得出“筝形”面积的计算方法。转化是我们解题中常用的思想方法。其实,只要是对角线互相垂直的四边形,其面积都等于对角线长度的积的一半。

利用“筝形”的性质,可以解决许多问题,我们来看两道例题。

例1 如图4,AB=AD,CB=CD,点E 是AC 上一点,连接BE、DE,试说明BE=DE。

【解析】只需证明△BCE 与△DCE 全等或证明△ABE 与△ADE 全等。因为△ABC≌△ADC,所以∠BCE=∠DCE,所以在△BCE 和△DCE 中,可以利用“SAS”证明全等。

例2 如图5,AB=AD,CB=CD,∠BAD=100°,四边形ABCD 的外角平分线CF 与AB的延长线交于点F,求∠F。

【解析】由性质2可知CA 平分∠BCD,又CF 平分∠BCE,∠BCD 和∠BCE 互为邻补角,所以易得∠ACF=90°,这是求∠F 的关键。所以∠F=180°-∠ACF -∠BAC=40°。

我们在解决选择题和填空题时,运用“筝形”的性质可以节省不少时间。当然,这只能算是“小明定理”,在解答题中必须要给出证明步骤。

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