连接BD,由(1)结论及△ADB的内角和BPC+180°=∠BPC+(5-4)×180°; 可得, 凹六边形∠A+∠B+∠C+∠D+ ∠E=∠BPC+360°=∠BPC+(6-4)× 180 所以,凹n边形有 ∠A1+∠A2+∠A3+……+∠An-1= ∠A1PA-1+(n-4)×180 证明略. ∠A+∠B+∠C+∠D=∠A+∠ADB 根据以上探究,我们得出如下结论 +∠ABD+∠PBD+∠BDC+∠DCP 结论在凹n边形中(只有一个凹角情 (∠PBD+∠BDC+∠DCP)+(∠A况),凸角的和与凹角的外角有如下关系式: +∠ADB+∠ABD) A1+∠A2+∠A3+…+∠Ax-1 ∠BPC+180° ∠A1PA-1+(n-4)×180° (3)∠A+∠B+∠C+∠D+∠E= 利用这个结论,可以快速解决篇首提出的 ∠BPC+360°原因如下: 问题及一类角度和的问题 连接BD,由(1)的结论及四边形ABDE 3应用 的内角和可得 (1)题目见篇首 解析考察凹四边形ACMD,有∠A+ ∠C+∠D=∠CMD ∠A+∠B+∠C+∠D+∠E=∠A+ ∠ABD+∠BDE+∠DEA+∠PBD+ 图10 ∠BDC+∠DCP =(∠PBD+∠BDC+∠DCP)+(∠A 在△BEM中,有∠B+∠E+∠BME +∠ABD+∠BDE+∠DEA) =∠BPC+360° 所以∠A+∠C+∠D+∠B+∠E+ (4)由以上结论可以看出,随着凹多边形∠BME=∠CMD+180 边数增加,凹多边形所有凸角的和与凹角的外 因为∠BME=∠CMD, 4 角之间有以下规律 所以∠A+∠B+∠C+∠D+∠E=180° 凹四边形∠A+∠B+∠C=∠BPC= (2)(苏教版七下,P40,练习9) ∠BPC+(4-4)×180°; 如图11,在△ABC中,∠A=62°,∠1 凹五边形∠A+∠B+∠C+∠D 20°,∠2=35°,求∠BDC的度数 网址 邮箱:zxss2486@163.com
思路与方法 连接BD,由(1)结论及△ADB 的内角和 可得, 图8 ∠A+∠B+∠C+∠D=∠A+∠ADB +∠ABD+∠PBD+∠BDC+∠DCP =(∠PBD + ∠BDC+ ∠DCP)+(∠A +∠ADB+∠ABD) =∠BPC+180°. (3)∠A + ∠B + ∠C + ∠D + ∠E = ∠BPC+360°.原因如下: 连接 BD,由(1)的结论及四边形 ABDE 的内角和可得, 图9 ∠A+∠B+∠C+∠D +∠E =∠A+ ∠ABD + ∠BDE + ∠DEA + ∠PBD + ∠BDC+∠DCP =(∠PBD + ∠BDC+ ∠DCP)+(∠A +∠ABD+∠BDE+∠DEA) =∠BPC+360°. (4)由以上结论可以看出,随着凹多边形 边数增加,凹多边形所有凸角的和与凹角的外 角之间有以下规律: 凹四边形 ∠A+∠B+∠C=∠BPC= ∠BPC+(4-4)×180°; 凹五 边 形 ∠A + ∠B + ∠C + ∠D = ∠BPC+180°=∠BPC+(5-4)×180°; 凹六 边 形 ∠A + ∠B + ∠C + ∠D + ∠E = ∠BPC +360°= ∠BPC + (6-4)× 180°; 所以,凹n 边形有 ∠A1+ ∠A2 + ∠A3 + + ∠An-1 = ∠A1PAn-1+(n-4)×180°. 证明略. 根据以上探究,我们得出如下结论. 结论 在凹n 边形中(只有一个凹角情 况),凸角的和与凹角的外角有如下关系式: ∠A1 + ∠A2 + ∠A3 + + ∠An-1 = ∠A1PAn-1+(n-4)×180°. 利用这个结论,可以快速解决篇首提出的 问题及一类角度和的问题. 3 应用 (1)题目见篇首 解析 考 察 凹 四 边 形 ACMD,有 ∠A + ∠C+∠D=∠CMD, 图10 在△BEM 中,有 ∠B+∠E+∠BME= 180°, 所以 ∠A + ∠C + ∠D + ∠B + ∠E + ∠BME=∠CMD+180°. 因为∠BME=∠CMD, 所以∠A+∠B+∠C+∠D+∠E=180°. (2)(苏教版七下,P40,练习9) 如图 11,在 △ABC 中,∠A =62°,∠1= 20°,∠2=35°,求∠BDC 的度数. 网址:zxss.cbpt.cnki.net 7 邮箱:zxss2486@163.com
丝 2020:2月 (5)(四川省达州市 D 中考题)如图14,在四边 形ABCD中,∠A ∠D=a,∠ABC的平分 图11 线与∠BCD的平分线 图14 解析考察凹四边形ABDC可得 交于点P,则∠P的度 ∠BDC=∠A+∠1+∠2=62°+20°+数为( 35°=117° 解析图中含有凹五边形 ABPCD,根据 (3)∠A+∠B+∠C+∠D+∠E+∠F结论得 ∠A+∠D+∠ABP+∠DCP=∠P+ 解析考察凹五 180° 边形 ACDEP,有 因为BP,CP分别平分∠ABC和∠BCD, ∠A+∠C+ 所以∠ABP=-∠ABC, ∠D+∠F=∠APF +(5-4)×180°= ∠DCP=-∠DCB ∠APF+180° 在△PBE中,有 所以∠A+∠D+∠ABC+-∠DCB ∠B+∠E+∠BPE=180° ∠P+180° 所以∠A+∠C+∠D+∠F+∠B+ 化简,得(∠A+∠D)+(∠A+∠D ∠E+∠BPE=∠APF+180°+180° 因为∠BPE=∠APF +∠ABC+∠DCB)=∠P+180°, 所以∠A+∠B+∠C+∠D+∠E+ P+180 ∠F=360 (4)如图13,∠CGE=a,则∠A+∠B+ 所以∠P=a ∠C+∠D+∠E+∠F等于 解题时,认真观察,发现图形中的凹多边 解析图形中包 形,然后根据探究结论,就能简化计算,大大提 中 含两个凹四边形AB- 高解题效率.此结论在涉及一类求角的度数和 GF和EDCG,分别利 的选择、填空题时,可以实现秒杀 用结论可得 参考文献 4 ∠A+∠B+∠F 图13 [1]张亚军,由求五角星和想到的叉模型[J] ∠BGF,∠C+∠D 初中生世界(七年级).2019,7:74 +∠E=a, [2]于利民,王振山关于非凸多边形及其内、外 因为∠BGF=∠CGE=a, 角和的探讨[J].丹东师专学报.1994,3:5. 所以∠A+∠B+∠C+∠D+∠E+ (责审张思明) 网址 .cbpt cnki.net 邮箱:zxs82486@163.com
图11 解析 考察凹四边形ABDC 可得, ∠BDC= ∠A + ∠1+ ∠2=62°+20°+ 35°=117°. (3)∠A+∠B+∠C+∠D+∠E+∠F = °. 图12 解析 考察凹五 边形ACDFP,有 ∠A + ∠C + ∠D + ∠F = ∠APF + (5-4)×180°= ∠APF+180°, 在△PBE 中,有 ∠B+∠E+∠BPE=180°, 所以 ∠A + ∠C + ∠D + ∠F + ∠B + ∠E+∠BPE=∠APF+180°+180°. 因为∠BPE=∠APF, 所以 ∠A + ∠B + ∠C + ∠D + ∠E + ∠F =360°. (4)如图13,∠CGE=α,则∠A+∠B+ ∠C+∠D+∠E+∠F 等于 . 图13 解 析 图 形 中 包 含两 个 凹 四 边 形 ABG GF 和 EDCG,分 别 利 用结论可得 ∠A+ ∠B + ∠F =∠BGF,∠C+∠D +∠E=α, 因为∠BGF=∠CGE=α, 所以 ∠A + ∠B + ∠C + ∠D + ∠E + ∠F=2α. 图14 (5)(四川省达州市 中考题)如图14,在四边 形 ABCD 中,∠A + ∠D=α,∠ABC 的平分 线 与 ∠BCD 的 平 分 线 交于 点 P,则 ∠P 的 度 数为( ). 解析 图中含有凹五边形 ABPCD,根据 结论得 ∠A + ∠D + ∠ABP+ ∠DCP= ∠P+ 180°. 因为BP,CP 分别平分∠ABC 和∠BCD, 所以∠ABP= 1 2 ∠ABC, ∠DCP= 1 2 ∠DCB. 所以∠A+∠D + 1 2 ∠ABC+ 1 2 ∠DCB =∠P+180°. 化简,得 1 2 (∠A+∠D)+ 1 2 (∠A+∠D +∠ABC+∠DCB )=∠P+180°, 1 2 α+ 1 2 ×360°=∠P+180°. 所以∠P= 1 2 α. 解题时,认真观察,发现图形中的凹多边 形,然后根据探究结论,就能简化计算,大大提 高解题效率.此结论在涉及一类求角的度数和 的选择、填空题时,可以实现秒杀. 参考文献 [1]张亚军.由求五角星和想到的 ∇△ 模型[J]. 初中生世界(七年级).2019,7:74. [2]于利民,王振山.关于非凸多边形及其内、外 角和的探讨[J].丹东师专学报.1994,3:5. (责审 张思明) 网址:zxss.cbpt.cnki.net 8 邮箱:zxss2486@163.com
倒桁全券和梱似的构造 张英 (武汉市光谷第二初级中学,湖北武汉430074) 构造法是解决数学问题时实现问题转化90°,已有一组等边,直角的补角仍是直角,延 最具有活力的方法之一.本文以2019年武汉长即可得一组等角,满足全等中的2个条件 市的一道中考题来例析图形中全等和相似形想构造出一个与 构造的灵活巧用解题 △ABM边角边 例如图1, 全等的三角形, 在Rt△ABC中,∠ABC 在直角的延长线 AB 上截取等线段就 M是BC 可以得到全等所 边上一点,连接AM.过 需的另一组等边 点B作BP⊥AM,P为 证明1延长AB到D使得BD=BM, 垂足,连接CP并延长交 连接CD.如图2. CP BM AB于点Q若n=1,求证 ∵∠ABC=90°, ∠ABC=∠CBD 在不做辅助线之前,我们发现比值中的 ∴AB=CB,BM=BD,∠ABC=∠CBD, CP,PQ在一条线段上,而BM,BQ分别在等 ∴△ABM≌△CBD(SAS) 腰直角三角形的两直角边上,四条线段所在的 ∠AMB=∠CDB 三角形两两之间没有全等或相似形线段之间 ∵∠ABC=90°,BP⊥AM 的比值关系无法通过现有图形直接构建,必须 ∠AMB=∠ABP 通过构造全等或相似形来建立线段间的关系 ∴∠ABP=∠CDB 将题目中要证明的比值中的四条线段放到图 ∴BP∥CD 形中,发现涉及的三角形有△ABM,△QPB CP BD BM △BCP等,我们可以借助于图形中所涉及的 PQ BQBQ 三角形进行全等或相似构造,实现线段及线段 方法二作等角,构造全等三角形 比的等量转化,从而达到证明比值相等的目 分析利用条件AB=CB和∠MAB= 中 的构造全等的条件是有相等的边或角,通过∠CBP,想构造出一个与 平移、轴对称或旋转对线段或角进行不同位置△BCP角边角全等的三 的等量变换,通过作等边或等角对三角形进行角形,所以在边的另一端 4 全等构图;构造相似的条件是有相等角,主要作出等角 是作平行线构造或作等角 证明2过点B作 方法一作等线段,构造全等三角形 分析利用条件AB=CB和∠ABC AM相交于点D.如图 网址 9 邮箱:zxss2486@163.com
思路与方法 例析全等和相似的构造 张 英 (武汉市光谷第二初级中学,湖北 武汉 430074) 构造法是解决数学问题时实现问题转化 最具有活力的方法之一.本文以2019年武汉 市的一道中考题来例析图形中全等和相似形 构造的灵活巧用解题. 图1 例 如图1, 在 Rt△ABC 中,∠ABC =90°, AB BC =n,M 是BC 边上 一 点,连 接 AM .过 点B 作BP⊥AM,P 为 垂足,连接CP 并延长交 AB 于点Q.若n=1,求证: CP PQ = BM BQ . 在不做 辅 助 线 之 前,我 们 发 现 比 值 中 的 CP,PQ 在一条线段上,而BM,BQ 分别在等 腰直角三角形的两直角边上,四条线段所在的 三角形两两之间没有全等或相似形.线段之间 的比值关系无法通过现有图形直接构建,必须 通过构造全等或相似形来建立线段间的关系. 将题目中要证明的比值中的四条线段放到图 形中,发现涉及的三角形有△ABM,△QPB, △BCP 等,我们可以借助于图形中所涉及的 三角形进行全等或相似构造,实现线段及线段 比的等量转化,从而达 到 证 明 比 值 相 等 的 目 的.构造全等的条件是有相等的边或角,通过 平移、轴对称或旋转对线段或角进行不同位置 的等量变换,通过作等边或等角对三角形进行 全等构图;构造相似的条件是有相等角,主要 是作平行线构造或作等角. 方法一 作等线段,构造全等三角形 分析 利用条件 AB=CB 和 ∠ABC= 90°,已有一组等边,直角的补角仍是直角,延 长即可得一组等角,满足全等中的2个条件. 图2 想构造出一个 与 △ABM 边 角 边 全 等 的 三 角 形, 在直角的延长线 上截取等线段就 可以得到全等所 需的另一组等边. 证明1 延长 AB 到D 使得BD =BM, 连接CD.如图2. ∵ ∠ABC=90°, ∴ ∠ABC= ∠CBD. ∵ AB=CB,BM=BD,∠ABC=∠CBD, ∴ △ABM ≌△CBD(SAS). ∴ ∠AMB=∠CDB. ∵ ∠ABC=90°,BP⊥AM, ∴ ∠AMB=∠ABP. ∴ ∠ABP=∠CDB. ∴ BP∥CD. ∴ CP PQ = BD BQ = BM BQ . 方法二 作等角,构造全等三角形 图3 分析 利用条件 AB=CB 和 ∠MAB= ∠CBP,想构造出一个与 △BCP 角边角全等的三 角形,所以在边的另一端 作出等角. 证明 2 过 点 B 作 ∠ABD = ∠BCP ,与 AM 相交于点D.如图3. 网址:zxss.cbpt.cnki.net 9 邮箱:zxss2486@163.com
小 2020:2月 ∠ABC=9 P⊥AM, ∴∠ADB=∠ACB=45° AMB=∠PBA,∠DAB=∠CBP PD≡PB 又∵∠ABD=∠BCP,AB=BC, ∴CPBM △ABD≌△BCP(ASA) PQ BQ ∴BD=CP,∠ADB=∠CPB. 方法三作平行,构造全等三角形 ∠MDB=∠QPB 分析利用条件AB ∵∠AMB=∠PBA, CB和∠MAB= ∴△BDM∽△QPB ∠CBP,想构造出一个与 BD CP △ABM角边角全等的三 BQ PQ PQ 角形,通过作平行得到等 析利用条件∠CPM与∠QPE互余,角,构造出与△ABM全 图5 作直角可以得到同角的余角是等角,构造出以等的△BCD CP,PQ为斜边的两个相似直角三角形. 证明4过点C作CD∥AB交BP的延 证明3过点C 长线于点D.如图5 作CD⊥PM于点D ∴CD∥AB, QE⊥BP于点E,连 ∴∠ABM+∠DCB=180° 接BD.如图4. ∵∠ABC=90°,BP⊥AM, CD⊥PM,A ∴∠ABM=∠DCB=90°,∠MAB= QE⊥BP,BP⊥AM ∠DBC ∠CDP ∵AB=CB ∠PEQ=∠DPB=∠QEB=90° △ABM≌△BCD(ASA) ∴∠CPD+∠QPE=∠PMB+ BM=CD ∠PBM=∠PQE+∠QPE=90°, ∵CD∥AB, A、B、D、C四点共圆 △CPD△QPB ∴∠CPD=∠PQE,∠ADB=∠ACB CP CD BM △CPD∽△PQE(AA) 分析利用条件AB CP PD CB,想在AB边外侧 中 ∠ABC=90°, 构造出与△BCP全等的 ∠PMB+∠PBM=90°, 三角形,作平行线得到平 浮 行四边形,既构造出等角 4∴△MBP∽△BQE(AA) 又得到等线段 证明5过B作BD ∥AM,在BD上截取 ∠ABC=90°,AB=BC,A、B、D、CBD=BP,过D作DE∥BC交AM于E.如图 四点共圆 网址 .cbpt cnki.net 10 邮箱:zxs82486@163.com
∵ ∠ABC=90°,BP⊥AM, ∴ ∠AMB=∠PBA,∠DAB=∠CBP. 又∵ ∠ABD=∠BCP,AB=BC, ∴ △ABD≌△BCP(ASA). ∴ BD=CP,∠ADB=∠CPB. ∴ ∠MDB=∠QPB. ∵ ∠AMB=∠PBA, ∴ △BDM ∽△QPB. ∴ BM BQ = BD PQ = CP PQ . 分析 利用条件∠CPM 与∠QPE 互余, 作直角可以得到同角的余角是等角,构造出以 CP,PQ 为斜边的两个相似直角三角形. 图4 证 明 3 过 点 C 作CD ⊥PM 于 点 D, QE⊥BP 于 点 E,连 接BD.如图4. ∵ CD ⊥ PM, QE⊥BP,BP⊥AM, ∴ ∠CDP = ∠PEQ=∠DPB=∠QEB=90°, ∴ ∠CPD + ∠QPE = ∠PMB + ∠PBM =∠PQE+∠QPE=90°, A、B、D、C 四点共圆. ∴ ∠CPD=∠PQE,∠ADB=∠ACB. ∴ △CPD∽△PQE(AA). ∴ CP PQ = PD QE . ∵ ∠ABC=90°, ∠PMB+∠PBM =90°, ∴ ∠PBM =∠EQB. ∴ △MBP∽△BQE(AA). ∴ BM BQ = BP QE . ∵ ∠ABC=90°,AB=BC,A、B、D、C 四点共圆, ∴ ∠ADB=∠ACB=45°. ∴ PD=PB. ∴ CP PQ = BM BQ . 方法三 作平行,构造全等三角形 图5 分析 利用条件 AB = CB 和 ∠MAB = ∠CBP,想构造出一个与 △ABM 角边角全等的三 角形,通过作平行得到等 角,构 造 出 与 △ABM 全 等的△BCD. 证明4 过点C 作CD∥AB 交BP 的延 长线于点D.如图5. ∵ CD∥AB, ∴ ∠ABM +∠DCB=180°. ∵ ∠ABC=90°,BP⊥AM, ∴ ∠ABM = ∠DCB =90°,∠MAB = ∠DBC. ∵ AB=CB, ∴ △ABM ≌△BCD(ASA). ∴ BM =CD. ∵ CD∥AB, ∴ △CPD∽△QPB. ∴ CP PQ = CD BQ = BM BQ . 图6 分析 利用条件 AB =CB,想 在 AB 边 外 侧 构造出与 △BCP 全等的 三角形,作平行线得到平 行四边形,既构造出等角 又得到等线段. 证明5 过B 作BD ∥AM,在 BD 上 截 取 BD=BP,过D 作DE∥BC 交AM 于E.如图 6. 网址:zxss.cbpt.cnki.net 10邮箱:zxss2486@163.com
DE∥BC ∠AMB=∠AED ∠ABC=∠ABD=90°, BD∥AM,DE∥BC, ∴△ABM∽△DBQ(AA) 四边形EDBM为平行四边形 AB BM MAB=∠ABD ED=BM ∴CPBM ∠ABC=90°,BP⊥AM CP ∠MAB=∠PBC 分析利用条件 在一条直线上,作平行 又∵AB=CB,BD=BP 线构造出与△BCP相似 P (SAS) 的△DQP AD=CP,∠BCP=∠BAD 证明7过点Q作 ∠QPB=∠PCB+∠PBC,∠ EAD QD∥CB交BP的延长 ∠EAB+∠BAD, 线于点D.如图 ∴∠QPB=∠EAD ∴QD∥CB, △AED∽△PBQ(AA) ∴△CPB∽△QPD AD ED PQ BQ ∴CPBC ∵AD=CP,ED=BM AB=BC CP BM AB 方法四作平行,构造相似三角形 ∵QD∥CB 分析利用条件 ABC+∠DQB=180° 在一条直线上,作平行线 ∵∠ABC=90°, ∠DQB=∠ABC=90 构造出与△BCP相似的 ∠ABC=90°,BP⊥AM △DCQ ∴∠PBA=∠AMB 证明6过点Q作 △ABM∽△DQB(AA) QD∥BP交CB的延长 BM AB 线于点D.如图7 BQ QD QD∥BP,AB BC BQ CP BC AB 在构图时可以借助平移、轴对称或旋转变 PQBD=mn,∠CBP=∠CDQ 换来辅助分析,实践图形位置的移动,感受空 ∠ABC=90°,BP⊥AM, 间图形变换的魅力 中学4学 ∠PBC=∠MAB (责审曹付生) 网址 邮箱:zxss2486@163.com
思路与方法 ∵ DE∥BC, ∴ ∠AMB=∠AED. ∵ BD∥AM,DE∥BC, ∴ 四 边 形 EDBM 为 平 行 四 边 形, ∠MAB=∠ABD. ∴ ED=BM . ∵ ∠ABC=90°,BP⊥AM, ∴ ∠MAB=∠PBC. ∴ ∠ABD=∠PBC. 又∵ AB=CB,BD=BP, ∴ △ABD≌△CBP (SAS). ∴ AD=CP,∠BCP=∠BAD. ∵ ∠QPB=∠PCB+∠PBC,∠EAD =∠EAB+∠BAD, ∴ ∠QPB=∠EAD. ∴ △AED∽△PBQ(AA). ∴ AD PQ = ED BQ . ∵ AD=CP,ED=BM, ∴ CP PQ = BM BQ . 方法四 作平行,构造相似三角形 图7 分析 利用条件 CP PQ 在一条直线上,作平行线 构造出与 △BCP 相似的 △DCQ. 证明 6 过 点 Q 作 QD ∥BP 交CB 的 延 长 线于点D.如图7. ∵ QD ∥BP,AB =BC, ∴ CP PQ = BC BD = AB BD ,∠CBP=∠CDQ. ∵ ∠ABC=90°,BP⊥AM, ∴ ∠PBC=∠MAB. ∴ ∠MAB=∠CDQ. ∵ ∠ABC=∠ABD=90°, ∴ △ABM ∽△DBQ(AA). ∴ AB BD = BM BQ . ∴ CP PQ = BM BQ . 图8 分析 利用条件 CP PQ 在一 条 直 线 上,作 平 行 线构造出与△BCP 相似 的△DQP. 证明 7 过 点 Q 作 QD ∥CB 交BP 的延 长 线于点D.如图8. ∵ QD∥CB, ∴ △CPB∽△QPD. ∴ CP PQ = BC QD . ∵ AB=BC, ∴ CP PQ = AB QD . ∵ QD∥CB, ∴ ∠ABC+∠DQB=180°. ∵ ∠ABC=90°, ∴ ∠DQB=∠ABC=90°. ∵ ∠ABC=90°,BP⊥AM, ∴ ∠PBA=∠AMB. ∴ △ABM ∽△DQB (AA). ∴ BM BQ = AB QD . ∴ CP PQ = BM BQ . 在构图时可以借助平移、轴对称或旋转变 换来辅助分析,实践图形位置的移动,感受空 间图形变换的魅力. (责审 曹付生) 网址:zxss.cbpt.cnki.net 11邮箱:zxss2486@163.com