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初中几何解题教学的“破”与“立”

2021-08-02朱小平

湖北教育·教育教学 2021年5期
关键词:破题位线证法

朱小平

数学解题应追求自然、简捷、美妙。“先破后立”是解题教学的有效策略。“破”即破题,找准题眼切入。破后即解,解后宜品。品题的过程是对问题的反刍,即“立”。笔者以一道竞赛题为例,探讨初中几何解题教学的“破”“立”之法。

如图1,已知AD是△ABC的角平分线,AB

一、破题——抓住“平行”

从结论“平行”看,我们发现不能直接证MN∥AD,需中间量“搭桥”。教师可以引导学生思考找一个能与AD、MN都平行的中间量,从而产生作平行线的破题思路,且只可能从B、E、C任意一点作AD或MN的平行线。

证法1:如图2,先尝试过点B做BF∥AD交CA的延长线于F,结合AD平分∠BAC,由“平行+角平分线”得“等腰三角形”,知AF=AB,又CE=AB,所以CE=AF,因为M、N分别是BC、AE的中点,所以MN是△CBF的中位线。由三角形中位线定理可得结论。

证法2:如图3,尝试过点C作CF∥MN,而M是BC的中点,由“中点+平行”易联想平行线分线段成比例的推论,因而连接BN并延长交CF于点F,可证N是BF的中点。又因为N是AE的中点,连接EF,由SAS证明△ANB≌△ENF(“8字型全等”模型),得AB=EF=EC,则∠3=∠4,∠5=2∠3=∠BAC=2∠2,从而∠2=∠3,知AD∥CF,又MN∥CF,结论成立。

如图4,再尝试从E点作EF∥AD交BC于F,联想结论MN∥AD,则需证EF∥MN∥AD,又因N是AE的中点,易联想梯形中位线定理,证M是DF的中点即可得出结论。根据M是BC的中点,将问题转化为证BD=CF,可考虑它们所在的三角形全等,BD、CF所在的△ABD、△ECF中已有AB=CE,借EF∥AD及AD是角平分线可知∠3=∠2=∠1,两三角形已有一边、一角相等,但明显不全等,此时就要构造全等三角形。接下来我们兵分三路:

证法3:如图4,保持钝角△EFC不变,由SAS全等,可在AD边上截取AG=EF,连接BG,则△ABG ≌△ECF,可知BG=CF,∠4=∠EFC,由等角的补角相等可知∠BGD=∠EFB,利用AD∥EF,得到∠BDG=∠EFB,从而∠BGD=∠BDG,所以BG=BD,故BD=CF。关键点已突破,由梯形中位线易证结论。

证法4:如图5,保持锐角△ABD不动,由SAS全等,可在射线EF上截取EG=AD,连接CG,则△ABD≌△ECG,可知∠ADB=∠G,由AD∥EF可证∠ADB=∠EFB,又因为∠EFB=∠CFG,所以∠ADB=∠EFB=∠CFG=∠G,则BD=CG=CF,由梯形中位线易证结论。

证法5:如图6,考虑从一般到特殊,可同时构造两个全等直角三角形。过点C作CH⊥EF于H,过点B作BG⊥AD于G,由AAS先证△ABG≌△ECH,再证△BGD≌△CHF,所以BD=CF,接下来易证。

品题:上述问题的解决抓住“平行”,五种证法既有共性,又有不同。从辅助线的添加来看,都作了平行线,但平行的位置不尽相同;从基本模型构造看,都构造了三角形中位线或梯形中位线模型,在不同的证法中还存在其他的模型;从数学思想方法看,都用到了转化思想,后三种证法中又渗透了“分类”和“从一般到特殊”的思想。辅助线的添加是有规律可循的,教师要引导学生抓住题眼,突破思维障碍,教会学生分析与思考,注重反思与总结,感悟通性与通法。

二、破题——抓住“中点”

从“中点”看,我们可以发现中点既没在等腰三角形中,也没在直角三角形中,而是在一般三角形中。由此,学生容易联想“中点配中点,配成中位线”的规律。因为M与N两个中点并不能直接形成中位线,故需要再配某一边的中点。这是教师需要引导学生尝试寻求的破题对象。

证法6:如图7,题目中已有中点,如何再配一边的中点?结合已知条件“CE=AB”,如果能让两条相等线段CE与AB分别充当两个不同三角形的第三边,再去寻找这两个三角形共同的第二边的中点,就能把看似无关的条件关联起来。此时,联想“三角形中位线定理”,做如下思考:AE为一边(有中点),AB为第三边,由A、B、E“三点定形”定出△ABE,连接BE即为第二边,取BE的中点则水到渠成。或者BC为一边(有中点),EC为第三边,B、E、C三点定出△BEC,依旧要取BE的中点。两者可同時思考、互相验证,达到一致目标后,连接FN、FM,则FN、FM分别是△EAB与△BCE的中位线,可知FN=[12AB][=12CE][=FM],FN∥AB,FM∥AC,则∠FMN=∠FNM=∠CNM,∠CNF=∠CAB,再由AD平分∠CAB,可证∠CAD=[12∠CAB=12∠CNF=∠CNM],所以MN∥AD。

证法7: 如图8,从“中点”看,N不是△ABC一边的中点,可从中点M出发,再配一边的中点,形成中位线。结合AD是角平分线联想:等腰三角形顶角的平分线必平分底边,因此在AC上截取AF=AB构造等腰三角形,则BF与AD的交点H即为所寻的中点。又因M是BC的中点,则MH=[12CF],MH∥FC,即MH∥AN,由AB=CE可知AB=AF=EC,AF-EF=CE-EF,即AE=CF,所以MH=[12FC=12AE=AN]。由MH∥AN,得到平行四边形AHMN,结论可证。

品题:这两种证法都是主抓“中点”破题,构造了三角形中位线模型。证法6抓住“中点”结合“线段相等”联想三角形中位线定理,将“相等线段”作为三角形的第三边,将含中点的线段作为一边,由“三点定形”法轻松确定第二边及其中点。这样分析有理、有据、有序,学生易懂、易会。证法7抓住“中点”结合“角平分线”,联想等腰三角形的“三线合一”,构造平行四边形解决问题。解题教学不仅是以题论题,更应该以题论道,教会学生运用联想发现问题、分析问题,促使学生系统地掌握知识,逐步改善思维品质,提升解决问题能力。

三、破题——抓住“角平分线”

由AD是角平分线联想“角平分线+平行”得“等腰三角形”也能解决问题。

证法8:如图9,由AD是角平分线联想“角平分线+平行”得“等腰三角形”,可过点B作BF∥AC交AD的延长线于F,可得∠1=∠2=∠3,所以AB=BF=EC。易考虑BF、EC所在的三角形全等。连接EF交BC于G,可证△BGF≌△CGE。已知BG=CG(G是BC中点),又M是BC中点,故G与M重合,EM=MF,由中位线定理可证MN∥AD。也可作BF∥AC交EM的延长线于F,连接AF,证AF与AD共线即可。上述方法就是我们通常说的“同一法”。

品题:此题中构造了“角平分线+平行”得“等腰三角形”模型、“8字型全等”模型、“三角形中位线”模型。学会构造基本模型解决问题是学习几何的重要方法。

(作者单位:襄阳市襄州区教育教学研究中心)

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