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中点运用技巧——构造中位线

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中点运用技巧——构造中位线


在几何证明中,关于中点条件的运用,通常情况下得到线段间的数量关系,与中点相关联的还有直角三角形斜边上的中线、等腰三角形三线合一、三角形中位线、垂径定理、三角形重心等,还可利用中点构造全等三角形,可谓几何证明题里的多面手,因此,读懂题目条件里和中点有关部分,联想到合适的方法,是破题关键。

题目

如图,在△ABC中,AB=AC,∠BAC=α(90° <α<120°),d为bc的中点,e是线段cd上的动点(不与点c,d重合).连接ae,将线段ae绕点a逆时针旋转α得到线段af,连接ef交ac于点g,过点b作ac的平行线交fe的延长线于点h.< pan>

(1)求证:∠ACF=∠CBH;

(2)若M为线段FH的中点,连接DM,用等式表示线段DM与FG之间的数量关系并证明.


解析:

01

(1)经典手拉手模型,可证△ABE≌△ACF,如下图:


由∠BAC=∠EAF=α得∠BAE=∠CAF,再加上AB=AC,AE=AF,所以△ABE≌△ACF,得到∠ABE=∠ACF,由AC∥BH,可证∠ACB=∠CBH,而∠ABE=∠ACB,所以∠ABE=∠CBH,最后得到∠ACF=∠CBH;

02

(2)作图之后,先观察线段DM和FG,直观发现它们存在倍数关系,验证的方法有两种,一是截长,二是补短,如何选择?

线段DM的两个端点均为中点,点D是BC中点,而点M是FH中点,相应的线段FG两个端点没有特殊条件,因此我们从条件丰富的线段DM入手,将其倍长;

但是在倍长过程中遇到了新问题,若延长MD,与BH相交,显然无法说明这是倍长,同样的若延长DM,无论是AC相交或与CF相交,也无法说明这是倍长,这是思考中无法回避的困境;

解决困境的思路同样来自于中点条件,题目中给出了AC∥BH,这两条平行线被BC所截,而点D恰好是BC中点,因此我们可利用这组平行线来构造全等三角形,连接GD并延长,交BH于点K,如下图:


此时再连接KE,便呈现出△GEK以及其中的线段DM,究竟DM能否成为△GEK的中位线,我们需要证明GM=EM,下面我们来进行思维突破:

利用AC∥BH以及点D为BC中点的条件,我们很容易证明△BDK≌△CDG,从而得到BK=CG,DK=DG;

借助(1)中的∠ACF=∠CBH,即∠GCF=∠EBK,以及BE=CF,我们可得到第二对全等,△BEK≌△CFG,如下图:


所以EK=FG,完成了线段FG的“搬运”,现在完成最后一步中位线的证明:


取△BEK和△CFG的一个对应外角∠EKH=∠CGE,由AC∥BH可得∠CGE=∠H,于是∠EKH=∠H,则EK=EH,所以EH=FG;

由点M为FH中点,得MF=MH,则MF-FG=MH-EH,即MG=ME,点M为EG中点,进而证明了DM是△GEK的中位线,EK=2DM,所以FG=2DM.

解题思考

几何证明思路的探索,是一个不断猜想、验证的过程,直观很重要,它是猜想的来源,在验证过程中一定会遇到困难,毕竟这是几何压轴题,解决困难的方法依然是从现有条件中寻找突破口,所以能否有效以已有条件为基础进行拓展延伸,是找到解题思路的关键。

本题中,为什么要构造中位线?实则是因为在探索解题思路的过程中,经历过的几次失败造成的,最初是我们截长,取FG中点之后,思路进行不下去,然后是因为我们延长DM或MD都无法得到需要的倍长线段,貌似把“截长补短”的路都封死了,给学生造成困难。

所以这个时候就要跳出“截长补短一定要在原线段所在直线上”这个框架,另辟蹊径,这才想到构造中位线,从而连接EK。

作为老师,在引导学生寻找解题思路的同时,不妨将自已是如何找到思路的过程分享给学生,通常在课堂上,老师在学生遇到困难后,急于将方法直接告诉学生,是不妥的,学生遇到困难之后,首先需要的是共情,因为这些困难老师自已在思考过程中也会遇到,当学生听到老师原来也这样碰过壁,接下来会更有兴致知道老师是如何解决困难的,这种悬念加成后,学习驱动会更强;有经验的老师会假装不会,然后有意无意泄露一点信息让学生抓住,一旦学生成功从这些信息中找到了思路,那情绪价值就满了,在这种情况下,解题成就感最强,兴趣也更高,于是学数学就有意思了。

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