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截长补短构全等,你如何想到的?

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截长补短构全等,你如何想到的?


在八年级上学期我们学习完全等三角形之后,对于几何图形中的等量转换,方法就极大丰富了,记得在课堂上也曾有老师或学生归纳过一句经典的话,全等三角形是等量的搬运工,再结合七年级下学期的平行线等知识,题目中可供转换的等量会非常多,这也极考验学生的观察分析能力,哪些需要转换,如何转换等。

构造全等三角形的基本方法是依据已有条件去构建,在所有常见判定全等三角形的定理中,至少要有一条边相等,其余条件要么题目给出,或者自已探究建构,例如旋转构建法、中线倍长法、截长补短法等,无论哪一种方法,核心就是去发现全等三角形。

题目


如图,在等边△ABC中,D为AB上一点,连接CD,E为线段CD上一点(CE>DE),将线段CE绕点C顺时针旋转60°得到线段CF,连接AF.

(1)求证:BE=AF;

(2)点G为BC延长线上一点,连接AG交CF于点M,若M为AG的中点,用等式表示线段CE,MF,DE之间的数量关系,并证明.

解析:

01

(1)由旋转可得CE=CF,∠ECF=60°,再由等边△ABC得BC=AC,∠BCA=60°,因此∠BCE=∠ACF,利用SAS可得△BCE≌△ACF,最后得到BE=AF;


02

(2)先观察图形,其中CE可转移到CF,与MF在一条直线上,因此思路为将DE也转移到这条直线上,方便我们探究它们之间的数量关系;

方法一:

上一小题中,我们通过旋转△BCE至△ACF,不妨继续这个变换,将△BCD也进行同样的旋转,如下图:


延长CF至点H,使FH=DE,连接AH

我们容易得到△BCD≌△ACH,所以BD=AH,∠CBD=∠CAH=60°,再加上∠ACB=60°,可得AH∥CG;

现在可以利用点M是AG中点的条件了,易证△AMH≌△GMC,所以CM=HM,其中CM=CF-FM=CE-FM,HM=FH+FM=DE+FM,分别代入后得CE-FM=DE+FM,化简后为2FM=CE-DE;

方法二:

意图仍然是将这三条线段“搬”到一条直线上,过点G作GN∥AF,交CF于点N,如下图:


仍然利用点M是AG中点,易证△AMF≌△GMN,所以∠AFM=∠GNM,AF=GN,再利用前一小题中的△BCE≌△ACF得∠BEC=∠AFC,BE=AF,于是∠BEC=∠GNM,它们各自的邻补角也相等,所以∠BED=∠GNC,并且BE=AF=GN;

又∠BDE=180°-∠DBC-∠BCE=120°-∠BCE,∠GCN=180°-∠ACB-∠ACF=120°-∠ACF,而其中∠BCE=∠ACF,所以∠BDE=∠GCN,这样可得△BDE≌△GCN,故DE=CN,完成了转换;

我们可证FM=NM,即FN=2FM,而FN=CF-CN=CE-DE,最后得到2FM=CE-DE.

解题思考

两种方法,均为构造全等三角形,将三条线段转移到同一条直线上进行数量关系的探究,这种线段之间数量关系的比较方法,早在我们学习线段长度的时候就用过,不妨回忆一下七年级我们刚刚开始学习线段比较的时候,用的是什么方法,如下图:


2024年新人教版教材上用比较两条线段长度的案例,介绍了这种方法,核心就是将它们转移到一条直线上,并且一个端点重合,看另一个端点的位置,本题无论是截长或补短,均采用了这一比较思想。

涉及到多条线段数量关系的探究,不可避免会遇到线段的和、差问题,我们同样在教材上可以找到方法的根源,如下图:


如何想到构造全等三角形,首先需要想到线段比较的通法,然后思考如何在现有条件下完成比较,只要想到“搬到一条直线上”,这道题的解题大方向就对了,至于走哪条路,仁者见仁,智者见智。

所以,回到标题中的问题,你如何想到?答案已经呼之欲出了,平时课堂上学生学习数学基本概念和方法的时候,理解越深入,后期解题困惑就越少。

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