闯进中考试卷的数学开放题
湖北 吴正凯 随着九年义务教育的实施和教育模式由“应试教育”向素质教育转
轨,一个崭新的数学题型的触角悄悄地伸向中考试卷,这就是开放型数 学试题.让我们先看一个例子:
引例(1996 年宁夏回族自治区中考试题)如图 1,已知⊙O 内切于 四边形 ABCD,AB=AD,连结 AC、BD.根据上述条件,结合图形直接写出结 论(除图中 A、B、C、D、O 五个字母外不要标注或使用其他字母,不添 加任何辅助线,不写推理过程).
这道题很特别,没有现成的结论,甚至结论可有多个而不惟一确定, 考生可以根据自己对几何知识的认识写出一个到多个结论.这就是开放 型数学题.
开放型数学问题是相对于给出了明确的条件和结论的封闭型问题而
言的.所谓开放型数学题通常指答案不确定或条件不完备,或具有多种不 同解法,或有多种可能的解答等类型的数学问题.如果我们把数学习题看 作是一个系统:y、o、p、z,其中 y 表示习题的条件,o 表示解题依据,
p 表示解题方法,z 表示习题的结论.这个系统中的四个要素若有两个未
知则称为探索性题;若有三个未知则是问题性习题.开放题就属于问题性 习题(少数属于探索性习题).引例就是解题依据不明、解题方法不明、 结论不明的问题性试题.将问题性试题即开放题引入中考无疑是因为这 类试题具有其他试题所不可替代的功能.
一、条件开放型试题
例 1 (1997 南京市中考试题)已知:a、b、c 分别是△ABC 中∠A、
∠B、∠C 的对边(a>b).二次函数 y=(x-2a)x-2b(x-a)+c2 的图象 的顶点在 x 轴上,且 sinA、sinB 是关于 x 的方程(m+5)x2-(2m-5)x
+m -8=0 的两个根.
(1)判断△ABC 的形状,并说明理由;
(2)求 m 的值;
(3)若这个三角形的外接圆面积为 25π,求△ABC 的内接正方形(四 个顶点都在三角形的边上)的边长.
所谓条件开放型试题是指在结论不变的前提下,条件不惟一的开放 题.本例第(3)问中,由于正方形内接于三角形的方式不单一,因而如
图 2 所示,将产生两个答案.由于课本上出现过类似乙图的图形,学生就 可能受定势思维的影响只给出乙图时的解答,只有敢于突破,具有创新 意识的同学才可能给出甲、乙两种情况下的解答.
例 2 (1997 年北京市中考试题)已知矩形的长大于宽的 2 倍,周 长为 12,从它的一个顶点作一条射线,将矩形分成一个三角形和一个梯 形,且这条射线与矩形一边所成的角的正切值为 1/2.设梯形面积为 S, 梯形中较短底的长为 x,试写出梯形面积 S 关于 x 的函数关系式,并指出 自变量 x 的取值范围.
几何问题往往都对应于一定的图形,由于几何元素之间位置关系的 可变性又决定了图形的多样性,而图形是问题条件的重要组成部分,图 形的多样性就决定了问题条件的开放性.如本例中条件对应着图 3 的甲、 乙两种情况,于是本例的解答亦有两个结论.由于题设条件中强调“长大 于宽的 2 倍”,因此,部分学生会被导入乙图而忽视了甲图,只有思维 发散性较强的同学才会画出两种图形分别求解.
二、结论开放型试题
例 3 (1995 年广东省中考试题)如图 4 所示,AD 是 RtΔABC 斜边
BC 上的高,AB=AC,过点 A、D 的圆与 AB、AC 分别交于点 E、F,弦 EF 与 AD 相交于点 G.
(1)图中有哪些三角形与ΔGDE 相似(不要求说明理由)?
(2)当 BC=2 时,求 AE+AF 的长.
数学命题,根据思维形式可分成三个部分:假设——推理——判断. 所谓结论开放型题是指其中判断部分是未知要素的开放题,像本例这 样:谁与ΔGDE 相似?并且此处的“谁”不惟一.更为特殊的是其答案中 有ΔGFA、ΔEDA、ΔFDC,其中后两个三角形是全等的.不同水平的考生 可作出不同的回答,既能充分反映考生思维能力的差异,又能促使考生
的思维发散.本例用于课堂教学将会有利于激发学生的好奇心,进而调动 学习积极性,主动参与学习过程,且能培养学生思维的发散性,使课堂 充满活力和生机.
例 4 (1996 年江西省中考试题)如图 5,在直角坐标系中,点 O
′的坐标为(2、0),⊙O′与 x 轴交于原点 O 和点 A.又 B、C、E 三点的 坐标分别为(-1,0)、(0,3)、(0,b),且 0<b<3.
(1)求点 A 的坐标和经过点 B、C 的直线的解析式;
(2)当点 E 在线段 OC 上移动时,直线 BE 与⊙O′有哪几种位置关 系?并求出每种位置关系时,b 的取值范围.
相对于点 B 与点 C,点 E 条件被弱化,使得直线 BE 与⊙O′位置关系 产生变化,从而使本例成为结论开放型试题.像本例这样的开放题具有一 定的创新性和探究性,利于激发考生的探究精神和创新意识.
三、策略开放型试题
例 5 (1996 年宜昌市中考试题)
如图 6,已知菱形 ABCD 的面积为 m 平方单位,∠ABC=120°,E、F、 G、H 分别为 AB、BC、CD、DA 的中点.下面有四个结论:
(1)图中多边形 EBFGDH 为正六边形;
1
(2)图中余弦值为 的不同角有且仅有24个;
2
m
(3)图中面积为 平方单位的不同菱形有且仅有8个;
4
(4)图中面积为 3m 平方单位的不同梯形有且仅有8个.
8
其中错误的结论有 [ ]
(A)3 个. (B)0 个.
(C)2 个. (D)1 个. 所谓策略型开放题是指条件与结论之间的推理是未知的,或者说解
法有很多种的开放题.如本例,我们可以用很多种不同的推理或计算方法 来逐一验证四个结论的真假,但是考生则必须找到一条既省事又准确的 途径来解决这个问题,因此学生的主体意识得以强化.
BC,GH∥AB,EF、GH 的交点 P 在 BD 上,P 不是 BD 的中点,EF 和 GH 把原 平行四边形分成互不重叠的四个小平行四边形.
(1)图中哪两个小平行四边形的面积相等?为什么?
(2)图中哪些小平行四边形相似?为什么?
由于题设中 P 不是 BD 的中点,考生很快就意识到面积相等的应该是
边形的对角线平分其面积来实现.
四、综合开放型试题
例 7 (1998 年河北省中考试题)某工厂现有甲种原料 360 千克, 乙种原料 290 千克,计划利用这两种原料生产 A、B 两种产品,共 50 件. 已知生产一件 A 种产品,需用甲种原料 9 千克,乙种原料 3 千克,可获
利 700 元;生产一件 B 种产品,需用甲种原料 4 千克,乙种原料 10 千克,
可获利 1200 元.
(1)按要求安排 A、B 两种产品的生产件数,有哪几种方案?请你 设计出来;
(2)设生产 A、B 两种产品获总利润为 y(元),其中一种产品生产
件数为 x,试写出 y 与 x 之间的函数关系式,并利用函数的性质说明(1) 中哪种生产方案获总利润最大?最大利润是多少?
所谓综合开放型试题是指只给出一定的情境,其条件、解题策略与
结论都要考生到情境中去自行设定或寻找的问题.综合开放型试题较多 关注考生创新意识.创造能力与数学应用意识.像本例这样具有实际意义 的开放题,在中考试卷上已多次出现.如宁波市(1993 年)、江苏淮阴市
(1996 年)、广州市(1996 年)等,这就为初中数学教育界提出了一个
严峻而又紧迫的任务:认真研究数学开放教学法. 由于开放题在我国数学教育界引起关注还是近五年来的事(开放题
引入我国是 1980 年,但在义务教育实施以前未能引起中学教育界的重
视).当前,随着素质教育的全面推进,中央强调:“智育工作要转变教 育观念,改革人才培养模式,积极实行启发式和讨论式教学,激发学生 独立思考和创新意识,切实提高教学质量.”因此,在我们走进 21 世纪 的时刻,开放型试题将大踏步走进中考试卷.
中考试题中的函数问题
山西 高仰贵 函数是初中数学的重要内容,在历年的各地中考试题中都占有重要
的份量,本文介绍中考试题中函数问题的常见题型、解题方法以及应注 意的问题,供初三同学们复习参考.
一、求函数自变量的职值范围
此类问题通常根据函数解析式有意义的条件列不等式或不等式组求
解.
3x ? 1
例1 函数 的自变量x的取值范围是 .
3 ? x
?3x ? 1 ? 0,
解:要使原函数有意义,x应满足?3 ? x ? 0
解之,得 1 ? x < 3.
3
求函数自变量的取值范围时要注意:
1.分式的分母不能为零,偶次根式的被开方数不能为负,零指数及 负整数指数幂的底数不能为零等.
2.对于有实际意义的函数,自变量的取值范围除了保证解析式有意
义外,还必须使实际问题有意义. 二、求函数的解析式 此类问题常用待定系数法求解.
例 2 已知 y=y1+y2,y1 与 x 成正比例,y2 与 x 成反比例,并且当
x=1 时,y=-2;x=2 时,y=-7.求 y 与 x 之间的函数解析式.
k 2
提示:设y1 = k 1x (k 1≠0),y 2 ? x
k 2
(k 2 ≠0),则y = k 1x ? x ,
再根据已知条件可列出关于 k1、k2 的方程组,解得 k1、k2,便可得到 y
与 x 之间的函数关系式.
例 3 求经过 A(0,1)、B(-1,1)、C(1,-1)三点,且对称轴 平行于 y 轴的抛物线对应的函数解析式及其对称轴方程和最值.
提示:设函数表达式为 y=ax2+bx+c(a≠0),将 A、B、C 三点的坐
标分别代入关系式中,得到关于 a、b、c 的方程组,解得 a、b、c 就得 出函数表达式,其余问题便唾手可得.
求函数解析式时要注意下面几点:
1.用待定系数法求二次函数的解析式时要根据题目所给的条件,选 用恰当的表达式.
2.熟悉各种函数(如正、反比例函数,一次、二次函数)的表达式. 三、选择函数的图象或判断图象的特征. 函数的解析式决定函数图象的形状和位置,因此要选择函数的图
象,必须根据解析式的系数特点,利用函数的性质分析判断作出选择. 此类问题常有如下几种题型:
1.单一函数的图象选择
例 4 满足 b<0,c<0 的二次函数 y=ax2+bx+c(其中 a≠0)的图 象是 [ ]
略解:由 c<0 知,函数图象与 y 轴的交点在 x 轴下方,故只有(A)、
(D)符合条件.因(A)、(D)中图象开口向上,所以 a>0.又因 b
<0 ,从而 ? b
2a
? 0,故顶点的横坐标为正,在y轴的右侧,故选(D).
2.系数无关的两个函数的图象选择
k 1
例5 函数y ?
x (k 1 <0 )与y = k 2 x+b(k 2 >0,b<0)在同一
坐标系中的图象大致是 [ ]
解:因k 1<0,所以函数y ?
k 1
x 的图象在第二、第四象限;又因k 2
>0,b<0,所以函数 y=k2x+b 的图象在第一、第三、第四象限.符合
这两个条件的图象只能是(A).
3.系数相关的两个函数的图象的选择
例6 函数y ? k 和函数y = k(x 2 - 1)在同一坐标系里的图象大致
x
是 [ ]
解:若k<0,则y = k 的图象应在第二、第四象限,y=k(x 2 - 1)
x
的图象开口向下,顶点(0, - k)在x轴上方,显然没有符合这两个条
件的图形. 若k>0 ,则y = k 的图象应在第一、第三象限,y = k (x 2 - 1)
x
的图象开口向上,顶点在 x 轴下方,符合这两个条件的图形只有(C),
故选(C).
4.判断函数图象的某些特征
例 7 对于二次函数 y=ax2+bx+c,a>0,c<0,这个函数的图象
与 x 轴交点的情况是 [ ] A.没有交点. B.有一个交点.
C.有两个交点. D.不能确定.
解:因 a>0,c<0,所以 ac<0,故 b2-4ac>0,所以图象与 x 轴有 两个交点,故选(C).
四、已知函数的图象或图象的某些特征,求解与函数解析式的系
数有关的问题
此类问题一般是根据函数图象的特点,利用函数的性质得出系数或 其符号加以解决.
例 8 二次函数 y=ax2+bx+c 的图象如图所示,则点(a+b,ac)
在直角坐标系中的 [ ]
A.第一象限. B.第二象限. C.第三象限. D.第四象限.
解:因抛物线开口向上,所以 a>0;又因抛物线顶点在第三象限,
所以 ? b
2a
<0 ,由此可知b>0 ;因抛物线与y轴交点在x轴下方,所以c
<0.从而 a+b>0,ac<0,故点(a+b,ac)在第四象限.
例 9 若对于任何实数 x,二次函数 y=(m-1)x2+2mx+m+3 的图 象全在 x 轴上方,求 m 的取值范围.
解:因对任何实数 x,图象在 x 轴上方,所以抛物线开口向上,与 x
轴没有交点,故有
? m - 1>0,
? (2m)2 - 4(m - 1)(m + 3)<0.
解之,得m> 3 ,这就是m的取值范围.
2
五、二次函数与其它知识的综合问题
例 10 若不等式 2x2+mx+n<0 的解集是-2<x<3,则二次函数
y=2x2+mx+n 的表达式为 [ ] A.y=2x2+2x+12. B.y=2x2-2x+12.
C.y=2x2+2x-12. D.y=2x2-2x-12.
解:由不等式 2x2+mx+n<0 的解集是-2<x<3 知:方程 2x2+mx+n
=0 的根是-2、3,所以函数 y=2x2+mx+n 与 x 轴两个交点为(-2,0)、
(3,0),从而函数为 y=2(x+2)(x-3)=2x2-2x-12,选(D).
例 11 设 A、B 为抛物线 y=-3x2-2x+k 与 x 轴的两个相异交点,M 为抛物线的顶点,当ΔAMB 为等腰直角三角形时,求 k 的值.
解:如图,因抛物线与 x 轴有两个相异的交点,所以Δ=4-4(-3)
1
k>0,解得k> ?
.依题意∠AMB=90°,AM=BM,过M作MN垂直x
3
轴于N,则显然有MN ? 1 AB.又因
2
MN ?
4(?3)k ? 4
4 ? (?3)
1
? k ? ,
3
AB ?
( x1 ? x2 )
? ( x1 ? x2 )
2
? 4x1x2
k
? (?
2
) 2 ? 4(? )
3 3
? 1 ? 3k ,
3
所以k ? 1 = 1 ? 2
1 + 3k.
3 2 3
解得k1 = 0,k 2
1
? ? (舍去).故k的值为0.
3
图象与函数对应的思想及其应用
江苏 陈梓人 数形结合的思想是学习《函数及其图象》最重要的思想方法,而数
形结合最基本的思想之一是图象与函数对应的思想.这种对应思想包括 如下两方面的内容:
(Ⅰ)某个函数图象上点的坐标(实数对),一定满足这个函数的 解析式.
(Ⅱ)满足某个函数解析式的实数对所表示的点,一定在这个函数 的图象上.
这种思想是形与数相互转化的基本依据,它在解决函数有关问题中 有着广泛的应用.
首先,如果某个未知函数的图象经过某些已知点,那么由(Ⅰ)的 思想,可把这些点的坐标表示的实数对代入解析式,得出关于该函数未 知系数的方程组,从而可求得函数解析式.
其次,要求某已知函数图象上满足某个条件的点的坐标,一般先设 出该点的坐标,由(Ⅰ)的思想,可把纵坐标用含横坐标的式子(即该 函数解析式)表示出来,再把只含一个未知量的实数对代入所给的条件, 就能求得该点的坐标.
最后,要判定某点是否在某已知函数图象上,只要把该点坐标(实
数对)代入函数解析式.根据(Ⅱ)的思想,如果满足解析式,那么该点 就在函数图象上;如果不满足解析式,那么该点就不在函数图象上.
我们先举几个一次函数的例子.
例 1 一次函数的图象过点 M(3,2)、N(-1,-6)两点.
(1)求函数解析式;
(2)试通过计算判断点 P(2a,4a-4)是否在此函数的图象上.
(1998 年福州市中考试题)
解:(1)设一次函数为 y=kx+b,则由(Ⅰ)的思想可得
?3k + b = 2,
?
?- k + b = -6.
?k = 2,
解得?
? b = -4.
∴一次函数的解析式为 y=2x-4.
(2)把实数对(2a,4a-4)代入解析式: 当 x=2a 时,y=2·2a-4=4a-4.
由(Ⅱ)的思想可知,点 P 在此函数的图象上.
例2 已知:如图1, 直线y = - 3 x ? 1和x轴、y轴分别交于点A、B,
3
以线段 AB 为边在第一象限内作等边三角形 ABC,如果在第一象限内有一
点 P(m,1/2),且ΔABP 的面积与ΔABC 的面积相等,求 m 的值.
解:易得A(
3,0),B(0,1).
(1993 年北京市中考试题)
∴OA =
3,OB = 1,∠OAB=30°,且AB = 2,
∴∠OAC=90°,且 AC=AB=2.
∴点C的坐标为(
3,2).
∵SΔABP=SΔABC,∴CP∥AB.
故可设直线CD的解析式为y ? ?
3
x = b.
3
由(Ⅰ)知,实数对(
3
3,2)满足解析式.
于是得 ?
· 3,∴b = 3.
3
∴直线CP的解析式为y ? ?
1
3
x + 3.
3
又由(Ⅰ)知,(m, )也满足解析式,
2
3 1
∴ ? m + 3 = .
3 2
解得 m ? 5 3.
2
例 3 已知:平面直角坐标系内两点 A(-2,0)、B(4,0).
点P在直线y ? 1 x ? 5 上,且ΔABP为直角三角形. 求点P的坐标,并在
2 2
直角坐标系内标出点 P 的位置.(1997 年北京市崇文区中考试题)
解:本题分三种情形:
(i)当∠PAB=90°时,则点 P 坐标可表示为(-2,a),
1 5 3
由(Ⅰ)可得a ? ? (-2) + = .
2 2 2
∴ P 的坐标为(-2, 3 )
1 2
(ii)当∠PBA=90°时,点 P 坐标可表示为(4,b).
1 5 9
由(Ⅰ)可得b ? ? 4 + = .
2 2 2
∴P 的坐标为(4, 9 ).
2 2
(iii)当∠APB=90°时,过 P 作 PM⊥AB,垂足为 M,则易得ΔAPM~ ΔPBM.
可得 PM2=AM·MB.
设点 P 的坐标为(m,n),则 n>0.
由(Ⅰ)可知n ? 1 m + 5 .
2 2
而 AM=OA+OM=2+m, BM=OB-OM=4-m,
又PM ? n ?
1 5
m ? ,
2 2
1
∴ ( m +
2
5) 2 = (2 + m)(4 - m).
2
解得 m
7
? ? ,m = 1.
1 5 2
1 7 5 9
故n1 ? 2 (? 5) ? 2 ? 5 ,
1 5
n2 ? 2 ? 1 ? 2 ? 3.
∴P ( ? 7 , 9 ),P (1,3).
3 5 5 4
P1、P2、P3、P4 的位置见图 2.
我们再举几个二次函数的例子.
例 4 已知抛物线 y=(9-m2)x2-2(m-3)x+3m 的顶点 D 在双
曲线y ? ? 5 上,求m的值.
x
解:先求得抛物线顶点 D 的坐标为
(1997 年四川省中考试题)
1
(- ,
m + 3
3m 2 ? 10m ? 3
).
m + 3
由(Ⅰ)可知,点 D 所表示的实数对一定满足
5
y ? ?
,即xy = -5.
x
故得 ?
1
·
m ? 3
3m 2 ? 10m ? 3
m + 3
= -5.
解得 m1=-4,m2=-6.
例 5 已知抛物线 y=x2+(k-2)x+1 的顶点为 M,与轴交于 A(a,0)、 B(b,0)两点,且 k2-(a2+ka+1)(b2+kb+1)=0:
(1)求 k 的值;
(2)已知抛物线上是否存在点N,使ΔABN的面积为4 3?若存
在,求出点 N 的坐标;若不存在,请说明理由.
(1998 年南昌市中考试题) 解:由(Ⅰ)可知(a,0)、(b,0)满足二次函数解析式,即 a2+(k-2)a+1=0,
b2+(k-2)b+1=0.
∴a2+ka+1=2a, ① b2+kb+1=2b. ② 又由根与系数关系可知 ab=1. 把①、②代入已知等式,得
k2-2a·2b=0,即 k2-4=0.
解得 k=±2.但 k=2 不合题意,舍去.
∴k=-2.
(2)由(1)知,抛物线的解析式为 y=x2-4x+1.
∴a+b=4,ab=1.
于是,AB ?|a ? b|?
(a ? b) 2 ? 4ab
? 4 2 ? 4 ? 1 = 2 3.
如果满足条件的点 N 存在,可设 N(x0,y0),则由(Ⅰ)可知
y0=x02-4x0+1.
由题意得S = 1 ? 2 3 ?| y |? 4 3.
?ABN 2 0
解得 y0=±4·
当 y0=4 时,x02-4x0+1=4.
解得x 0 = 2 ? 7 .
当 y0=-4 时,x02-4x0+1=-4,此方程无实数根.
∴ 满足条件的点 N 存在,其坐标为
(2 ?
7,4)或(2 ?
7,4).
例6 如图3,已知抛物线y = 1 x 2 ? px ? q(q≠0 )与直线y = x交于
2
两点 A、B,与 y 轴交于点 C,OA=BO,BC∥x 轴.
(1)求 p 和 q 的值;
(2)设 D、E 是线段 AB 上异于 A、B 的两个动点(点 E 在点 D 的
右上方),DE = 2 ,过D作y轴的平行线,交抛物线于F. (i)设点D的
横坐标为 t,ΔEDF 的面积为 S,把 S 表示为 t 的函数,并求自变量 t 的
取值范围及函数 S 的最大值;(ii)再过点 E 作 y 轴的的平行线,交抛 物线于 G,试问能不能适当选择点 D 的位置,使四边形 DFGE 是平行四边 形?如果能,求出此时点 D 的坐标;如果不能,请说明理由.
解:(1)由题意得 C(0,q)
(1997 年扬州市中考试题)
∵BC∥x 轴,且点 B 在直线 y=x 上,由(Ⅰ)可知,点 B 的坐标为(q,
q).
由 OA=BO 知,点 A、B 关于原点对称,
∴ 点 A 的坐标为(-q,-q). 由(Ⅰ)可知
? 1
q 2 ? pq ? q ? q,
? 2
?
? 1 (?q) 2 ? p(?q) ? q ? ?q.
2
解得 p=1,q=-2.
∴抛物线的解析式为y ? 1 x 2 + x - 2.
2
(2)(i)因为点 D 在直线 x=t 和 y=x 上,由(Ⅰ)可知点 D
1
的坐标为(t,t).而点F在直线x = t上,又在抛物线y ?
由(Ⅰ)可知,点F的坐标为(t, 1 t 2 ? t ? 2).
2
x2 ? x ? 2上.
2
过E作EH⊥DF交FD的延长线于H,由DE = 2可知,EH = 1.
1
DF = t - (
2
1
t 2 + t - 2) = -
2
t 2 ? 2.
∴S ? 1 DF·EH ? 1 (? 1 t 2 ? 2) ? 1
2 2 2
1
? ? t 2 ? 1.
4
? 1 2
? 2
y ? x
解方程组? 2
? x ?
,可得
y ? x
? x1 = 2 ,? x 2 = -2,
? ?
y = 2 ; y = -2.
? 1 ? 2
∴ A(2,2),B(-2,-2).
∴t 的取值范围为-2<t<1. 且当 t=0 时,S 有最大值 1.
(ii)易知 E(t+1,t+1),而点 G 在直线 x=t+1 上,又
在y ? 1 x 2 ? x ? 2 上,
2
1
由(Ⅰ)可知点G的坐标为(t + 1,
2
1
∴EG ? (t ? 1) ? [ (t ? 1) 2 + (t + 1) - 2]
2
(t ? 1) 2 + (t + 1) - 2).
= - 1 t 2 ? t ? 3 .
2 2
1 3
若四边形DFGE是平行四边形,则EG = DF,即 ?
= - 1 t 2 + 2.
2
解得t = ? 1 .
2
∴满足条件的点D存在,其坐标为( ? 1 , ? 1 ).
t 2 - t +
2 2
2 2
由以上各例可知,图象与函数对应的思想常常是解决某些函数问题 的关键.我们在函数学习过程中要把这种思想贯彻始终,并不失时机地运 用这种思想(特别是Ⅰ)去解决有关问题.
运用全等三角形证题的基本思路
江苏 刘顿 运用全等三角形能够证明某些与线段或角有关的几何问题.那么如
何证明两个三角形全等呢?一般来说,应根据题设条件,结合图形,寻 求边或角相等,使之逐步逼近某一公理或判定定理,其基本思路有以下 几种:
一、有两边对应相等,则寻求夹角或第三边对应相等
例 1 已知:如图 1,AB=AC,AD=AE,∠1=∠2.求证:BD=CE.
分析:要证明 BD=CE,只要证明ΔABD≌ΔACE.因为已知条件已给 出了有两边对应相等,所以只需证明这两边的夹角也相等,即∠BAD=∠ CAE.而根据图形和已知条件“∠1=∠2”,即可获证.
证明:∵∠1=∠2,
∴∠1+∠BAC=∠2+∠BAC. 即∠BAD=∠CAE.
在ΔABD 和ΔACE 中,
?AB=AC,
∵?∠BAD = ∠CAE,
?
?AD=AE,
∴ΔABD≌ΔACE(SAS).故 BD=CE.
例 2 已知:如图 2,AB=DF,AC=DE,BE=FC.求证:AB∥DF.
分析:要证明 AB∥DF,只要证明∠B=∠F.由∠B、∠F 分别在ΔABC 和ΔDFE 中,这就要证明ΔABC≌ΔDFE.因为已知条件给出了两边对应相 等,所以可证明两个三角形的第三条边对应相等,即 BC=FE.根据图形和 已知条件“BE=FC”,即可获证.
证明:∵BE=FC,
∴BE+EC=FC+CE,即 BC=FE. 在ΔABC 和ΔDFE 中,
?AB=DF,
∵?AC=DE,∴ΔABC≌ΔDFE(SSS).
?
?BC = FE,
∴∠B=∠F,故 AB∥DF.
二、有两角对应相等,则寻求夹边或任一等角的对边对应相等
例 3 已知:如图 3, AB∥CD,AD∥BC.求证:AB=CD,AD=BC.
分析:要证明 AB=CD,AD=BC,只要连结 AC,证明ΔABC≌ΔCDA. 因为已知 AB∥CD,AD∥BC,这就有∠1=∠2,∠3=∠4,而 AC 又是它们 的夹边,则问题获证.
证明:连结 AC.∵ AB∥CD,AD∥BC,
∴∠1=∠2,∠3=∠4. 在ΔABC 和ΔCDA 中,
?∠1 = ∠2,
∵? =CA,
?
?∠3=∠4,
∴ΔABC≌ΔCDA(ASA),故 AB=CD,AD=BC.
例 4 已知:如图 4,∠1=∠2,∠3=∠4.求证:BE=CD.
分析:要证明 BE=CD,只要证明ΔBCE≌ΔCBD.在这两个三角形中,
∠1=∠2,∠3=∠4,而∠1 的对边是 BC,∠2 的对边是 CB,且有 BC=CB, 则问题获证.
证明:在ΔBCE 和ΔCBD 中,
?∠1=∠2,
∵?∠3=∠4,
?
?
?BC=CB,
∴ΔBCE≌ΔCBD(AAS).故 BE=CD.
三、有一边和该边的对角对应相等,则寻求另一角对应相等
例 5 已知:如图 5,ΔABC 中,∠BAC=90°,AB=AC,直线 MN 经过
点 A,BD⊥MN,CE⊥MN,垂足为 D、E.求证:BD=AE.
分析:要证明 BD=AE,只要证明ΔABD≌ΔCAE.现有条件是一边和该 边的对角对应相等,还需再证明另一角对应相等,而不难发现∠1+∠2=90
°,∠2+∠3=90°,所以∠1=∠3,则问题获证.
证明:∵BD⊥MN,CE⊥MN,
∴∠ADB=∠CEA=90°. 而∠BAC=90°,∴∠1+∠2=90°.
∵∠2+∠3=90°,∴∠1=∠3. 在ΔADB 和ΔCEA 中,
?∠ADB=∠CEA,
∵?∠1=∠3,
?
?AB = CA,
∴ΔADB≌ΔCEA(AAS).故 BD=AE.
四、有一边和该边的邻角对应相等,则寻求夹等角的另一边对应 相等,或另一角对应相等
例 6 已知:如图 6,ΔABC 中,∠ACB=90°,∠CBA=45°,E 是 AC
上一点,延长 BC 到 D,使 CD=CE.求证:BF⊥AD.
分析:要证明 BF⊥AD,只要证明∠1+∠2=90°.又∠3+∠4=90°,
∠2=∠3,那么只需证明∠1=∠4,这样只要证明ΔACD≌ΔBCE.在这两 个三角形中,已知有一边和该边的邻角对应相等,只要证明 CA=CB 即可, 此时由条件中的∠CBA=45°,可得到 CA=CB,则问题获证.
证明:∵∠ACB=90°,∠CBA=45°,
∴ CA=CB.
在ΔACD 和ΔBCE 中,
?CA = CB,
∵?∠ACD = ∠BCE = 90°,
?
?
?CD = CE,
∴ΔACD≌ΔBCE(SAS).∴∠1=∠4.
∵∠4+∠3=90°,∠3=∠2.
∴∠1+∠2=90°,故 BF⊥AD.
例 7 已知:如图 7,AB=AC,∠B=∠C,∠1=∠2.求证:AD=AE.
分析:要证明 AD=AE,只要证明ΔABD≌ΔACE.由已知条件知,有一 边和该边的邻角对应相等,只要再证明另一角对应相等,此时由∠1=∠
2,可得∠BAD=∠CAE,问题获证.
证明:∵∠1=∠2,
∴∠1+∠BAE=∠2+∠BAE,∴∠BAD=∠CAE. 在ΔABD 和ΔACE 中,
?∠B=∠C,
∵? = AC,
?
?∠BAD = ∠CAE,
∴ΔABD≌ΔACE(ASA).故 AD=AE.
五、对于直角三角形来讲,应优先考虑运用“斜边、直角边公理”, 当此路不通时,再回到上述思路中去
例 8 已知:如图 8,AD⊥DB,BC⊥CA,AC=BD.求证:AD=BC.
分析:要证明 AD=BC,只要证明ΔADB≌ΔBCA,而这两个三角形是 直角三角形,可考虑运用“斜边、直角边公理”证明,此时由题设条件 AC=BD,结合图形 AB=BA,则问题获证.
证明:∵AD⊥DB,BC⊥CA,
∴ΔADB 和ΔBCA 都是直角三角形. 在 RtΔADB 和 RtΔBCA 中,
?BD=AC,
∵?
?AB = BA,
∴RtΔADB≌RtΔBCA(HL).故 AD=BC.
六、对于运用全等三角形证明的结论一次不到位时,则可反复运 用上述思路进行证明
例 9 已知:如图 9,AB=DE,AF=CD,EF=BC,∠A=∠D.求证:BF
∥CE.
分析:要证明 BF∥CE,只要考虑证明“同位角相等”或“内错角相 等”或“同旁内角互补”,这需要根据已知条件和图形特点,先进行比 较,再作选择.由于图中没有现成的“同位角”和“内错角”,但添加辅
助线后易得“内错角”(连结 BE 或 CF);另一方面,如考虑“同旁内角”, 则要证“互补”,而由已知条件较易证得ΔABF≌ΔDEC,估计进而证明 角“相等”比证明角“互补”容易.所以可优先考虑证明“内错角相等”, 即连结 BE,设法证明∠FBE=∠CEB,这又需证明ΔBEF≌ΔEBC,这样问题 就解决了.请读者完成这一证明.
例 10 已知:如图 10,在ΔABC 和ΔDBC 中,∠1=∠2,∠3=∠4,
P 是 BC 上任意一点.求证:PA=PD.
分析:要证明 PA=PD,只要证明ΔABP≌ΔDBP.在这两个三角形中, 由条件仅知道一边和该边的邻角对应相等,由图形知,还必须证明 AB=BD,这又需证明ΔABC≌ΔDBC.而由∠1=∠2,∠3=∠4.BC=BC,问 题解决了.请读者完成这一证明.
综上所述,运用全等三角形处理几何证明问题,要灵活运用题设条 件,结合待证结论,对照图形,从不同角度去试探,不要怕碰壁.
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