用面积和三角函数证明M+N=P型几何证明题

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  在一个几何证明题中,垂直条件比较多时,除了使用常规的方法证明结论外,有些题目还可以尝试用面积方法和三角函数证明,由此可以达到意外效果。对于培养数学思维习惯,学会从多角度解决数学问题有很大帮助。
  比如:△ABC中,AB=AC,BD、CE是高。
  求证:BD=CE
  证明:∵S△=■AB×CE= ■AC×BD,又AB=AC
  ∴BD=CE
  或者:∵在Rt△CDB中sin∠DCB=■, 在Rt△CEB中sin∠DCB=■,又∠DCB=∠EBC
  ∴CE=DE
  除用全等证明的通法解决这个简单几何问题外,用面积法和三角函数法也很简洁。这种方法对于一些较复杂的几何题目也同样适用。
  例1:在△ABC中,AB=AC,CG⊥BA交BA的延长线于点G。一等腰直角三角尺按如图15-1所示的位置摆放,该三角尺的直角顶点为F,一条直角边与AC边在一条直线上,另一条直角边恰好经过点B。
  (1)在图15-1中请你通过观察、测量BF与CG的长度,猜想并写出BF与CG满足的数量关系,然后证明你的猜想;
  (2)当三角尺沿AC方向平移到图15-2所示的位置时,一条直角边仍与AC边在同一直线上,另一条直角边交BC边于点D,过点D作DE⊥BA于点E。此时请你通过观察、测量DE、DF与CG的长度,猜想并写出DE+DF与CG之间满足的数量关系,然后证明你的猜想;
  (3)当三角尺在(2)的基础上沿AC方向继续平移到图15-3所示的位置(点F在线段AC上,且点F与点C不重合)时,(2)中的猜想是否仍然成立?(不用说明理由)
  证明:(2)连接AD,S△ABC=■AB×CG= ■AB×DE+■AC×DF,又AB=AC
  所以:CG=DE+DF
  也可以借助三角函数来证明:
  证明∵在Rt△BED中sin∠B=■
  ∴ DE=BDsin∠B
  同理在Rt△DFC中,DF= DCsin∠ACB
  ∴DE+DF= BDsin∠B+ DCsin∠ACB,又∠B=∠ACB
  DE+DF =(BD+DC)sin∠B=BC sin∠B
  ∵在Rt△BGC中CG=BCsin∠B
  ∴DE+DF=CG
  (3)问方法与(2)一样
  此题是2007年河北省中考试题,在多年没有考截长补短类几何证明的情况下,出现这样的题目,很多学生束手无策,如果我们平时教学中,注意培养学生从多角度思考问题,防止思维定势解题干扰,提高学生思维的深度,学会一题多解,学习效果会更好些。用面积法和函数法解决M+N=P型题目一般思路是:找到三条垂直的线段分布的三角形,利用面积和差、等线段关系证明结论,或者找到三条垂线所在的直角三角形,借助三角函数以及相等的线段、角来解决。
  例2:正方形ABCD中,直线MN经过点A,DE⊥MN,BF⊥MN,CG⊥MN,求证:(1)DE=BF+EF(2)BF=DE-CG(3)如果点M绕A点旋转到CD上(2)的结论会发生变化吗?
  面积法:(图2-1)
  ■
  证明:连接DM、AC。
  ∵ S△AHD=■S正=S△ABH+S△HCD,又S△HCD=S△AHC
  ■AH×DE=■AH×BF+■AH×CG
  ∴ DE=BF+CG
  即:BF=DE-CG
  三角函数法:
  简证:∵DE=ADsin∠1,BF=BHsin∠2, CG= CHsin∠3
  易证:∠1=∠2=∠3又AD=BC
  ∴BF+CG=(BH+HC)sin∠2=BC sin∠2
  ∴BF+CG=DE
  即:BF=DE-CG
  (3)结论发生变化:BF=DE+CG
  连接AC、HB(图2-3)
  S△1AHB=■S正1=S△BCH+S1△AHD,又S△HCB=S△AHC
  ■AH×BF=■AH×CG+■AH×DE
  BF=CG+DE
  也可以用三角函数证明:
  简证:∵BF=ABcos∠2,DE=DHcos∠1,CG= CHcos∠3
  易证:∠1=∠2=∠3又AB=DC
  ∴DE+CG=(DH+HC)cos∠1=DCcos∠1
  ∴BF+CG=DE
  即:BF=DE-CG
  这也是一道中档截长补短可以解决的证明题,由于可以构造直角三角形,并且可以找到面积和角的相等关系,因而也可以借助面积法和函数方法解决,解法比较简洁巧妙。
  以下各题供学习分析使用
  1:已知;△ABC中,AB=AC,M是底边BC上一点,MD⊥AC,ME⊥ AB,BF ⊥AC
  (1)求证:MD+ME=BF
  (2)如果点M在BC的延长线上,其他条件不变,结论(1)会变化吗?(图2)
  2:已知正方形ABCD中,对角线AC和BD交与O点,P是AD上一动点,PE ⊥AC,PF ⊥BD。(图3)
  求证:PE+PF=OB
  ■
  ■
  总之,平时教学过程中,注意培养学生从多角度思考问题,防止思维定势解题干扰,提高学生思维的深度、广度,学会一题多解。只要我们注意积累,善于总结方法,关注学生能力的培养,一定可以达到事半功倍的效果,学生做题时就会得心应手。
  (责编 张宇)
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