旋转变换助你解题

来源 :初中生学习指导·中考版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhu0756
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  旋转是数学中一类常见的图形变换,解题中如能巧妙利用旋转,转换线段、角等的位置,往往可以迅速发现已知与未知之间的联系,快速解题,下面举例介绍.
  一、旋转—腰
  例1 如图1,在△ABC中,AB = AC,点P为三角形内一点,且[∠APB<∠APC],求证:[PB> PC].
  分析:待證结论[PB>PC]与已知条件[∠APB<∠APC]中四个元素是分散的,不在同一个三角形或四边形中,故考虑通过变换将这四个元素集中.考虑到点[A]为不动点,可作为旋转中心,又因为[AB=AC],可将点[C]作为旋转后点[B]的对应点.
  证明:如图2,将△ABP绕点A旋转到△ACP′位置,
  则有[AP=AP'],[BP=CP'],[∠APB=∠AP'C].
  连接[PP'],
  ∵[AP=AP'],
  ∴[∠APP'=∠AP'P].
  ∵[∠AP'C=∠APB<∠APC],
  ∴∠APC-∠APP′>∠AP′C-∠AP′P,
  即[∠CPP'>∠CP'P],
  ∴[CP'>CP],
  ∴[BP>CP].
  点评:若已知条件中出现共顶点的相等线段,则可考虑构造旋转变换,将分散的条件进行集中.
  二、旋转60°
  例2 如图3,已知正方形ABCD内一点E到A,B,C三点距离之和的最小值为[6+2],求正方形边长.
  分析:虽然已知EA,EB,EC和的最小值,但这三条线段交于一点,需要通过图形变换将这三条线段连接起来,并使之共线.
  解:如图3,将△BEA绕点B逆时针旋转60°,得到△BE′A',
  则有BE = BE′,∠EBE′ = 60°,EA = E′A′,
  连接EE′,A'C.
  ∵BE = BE′,∠EBE′ = 60°,
  ∴△BEE′为等边三角形,∴EE′ = BE.
  又∵E′A' = EA,∴EA + EB + EC = A′E′ + E′E + EC.
  ∵点C,A′均为定点,
  ∴当E,E′都在线段CA′上时,EA + EB + EC取最小值[6+2].
  过点A′作A′F⊥CB,交CB,延长线于点F,则∠A′FB = 90°,
  由旋转变换可知∠ABA′ = 60°,BA′ = BA,
  又∵∠ABF = 90°,∴∠A′BF = 30°.
  设正方形边长为a(a > 0),则有FA′ = [12a],FB = [32a],
  在Rt△A′FC中有A′F2 + FC2 = A′C2,
  ∵FA′ = [12a],[FC=] [32a] + [a],[A'C=6+2],
  ∴[12a2+32a+a2=6+22] ,得a = 2.
  即正方形边长为2.
  点评:通过旋转变换,将三条线段转移到同一条直线上是解题关键.
  三、旋转90°
  例3 如图4,已知正方形ABCD 内一点 E 到 A,B,C 的距离分别为[2],1,2,求正方形的边长.
  分析:由上面例题受到启发,可知应通过旋转变换将EA,EB,EC进行集中.
  解:如图4,将△ABE绕点B顺时针旋转90°得到△BE'C,连接EE′.
  则有CE′ =  AE = [2],BE′ = BE = 1,∠EBE′ = 90°,
  ∵BE = BE′ = 1,∴EE′ = [2],∠BEE′ = ∠BE′E = 45°.
  ∵E′C = EA = [2],EC = 2,∴E′C2 + E′E2 = EC2,
  ∴△EE′C为等腰直角三角形,点E′为直角顶点,
  ∴∠E′EC = 45°,∴∠BEC = 90°,
  ∴BC = [BE2+EC2=5],
  即正方形边长为[5].
  点评:对于正方形或等腰直角三角形,常以其顶点为旋转中心,作90°旋转变换,使其一边旋转后与另一边重合,这样往往可以构造出等腰直角三角形.
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