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题目 (“《数学周报》杯”2008年全国初中数学竞赛题)如图1,在△ABC中,AB=7,AC=11,点M是BC的中点,AD是∠BAC的平分线,FM∥AD,则FC的长为.
此题条件简单明了, 涉及到的知识点不多,是一道考查基础知识以及转化能力的好题.经过探索发现解法较多,现介绍给读者,供参考.
探索1:因为AD∥MF,
所以CF/CA=CM/CD.
又AC=11,因此,要求CF的长,只要能求出CM/CD的值即可.
又M为BC的中点,
所以CM/CD=BC/2CD.
因为AD平分∠BAC,所以BD/DC的值容易求,故BC/DC的值可求.
因为BD、DC共点且共线,所以可以通过作辅助平行线来求BD/DC的值.由于辅助平行线的不同作法,有下列解法.
解法1:如图2,过点C作CN∥AB交AD的延长线于点N,则∠1=∠3.
又∠1=∠2,所以∠2=∠3,
所以CN=AC=11,由CN∥AB,得BD/DC=AB/CN=7/11,
即BC/DC=18/11.
因为M为BC的中点,
所以CM/DC=9/11.
因为AD∥MF,所以CF/CA=CM/DC=9/11,所以CF=9/11×11=9.故应填“9”.
为了节约篇幅,以下各解法只要求出BD/DC的值,其余均略去.
解法2:如图2,过点B作BE∥AD交CA的延长线于点E,则∠E=∠2,∠1=∠4.
因为∠1=∠2,所以∠E=∠4,
所以AE=AB=7.
由BE∥AD,得BD/DC=AE/AC=7/11.
解法3:如图2,过点B作BG∥AC交AD的延长线于点G,则∠2=∠5.
因而∠1=∠2,所以∠1=∠5,
所以BG=AB=7.
由BG∥AC,得BD/DC=BG/AC=7/11.
解法4:如图2,过C点作CH∥AD交BA的延长线于点H,则∠1=∠H,∠2=∠ACH.
因为∠1=∠2,所以∠H=∠ACH,
所以AH=AC=11.
由AD∥CH,得BD/DC=BA/AH=7/11.
解法5:如图3,过点D作DE∥AC交AB于点E,则∠2=∠3.
又∠1=∠2,所以∠1=∠3,
所以DE=AE.
由DE∥AC,得BD/DC=BE/EA=BE/ED=BA/AC=7/11.
解法6:如图3,过点D作DG∥AB交AC于点G,则∠1=∠4.又∠1=∠2,
所以∠2=∠4,所以AG=DG.
由DG∥AB,得BD/DC=AG/GC=DG/GC=AB/AC=7/11.
解法7:如图3,过点B作BN⊥AD,过点C作CP⊥AD,N、P为垂足.
因为∠1=∠2,所以Rt△ANB∽Rt△ACP,
所以BN/CP=AB/AC.
因为∠BDN=∠CDP,
所以Rt△BDN∽Rt△CDP.
所以BN/CP=BD/DC,
所以BD/DC=AB/AC=7/11.
解法8:如图3,过点A作直线 l⊥AD,分别过点B、C作 l 的垂线,垂足为H、L,
则BH∥DA∥CL,
所以BD/DC=HA/AL.
因为∠1=∠ABH,∠2=∠ACL,∠1=∠2,所以∠ABH=∠ACL,
所以Rt△BHA∽Rt△CLA,
所以HA/AL=AB/AC,
所以BD/DC=AB/AC=7/11.
解法9:如图4,由AC>AB知∠ABC>∠ACB,故在∠ABC内作∠ABG=∠ACB,边BG交AD于点G.
因为∠1=∠2,所以△ABG∽△ACD,所以BG/DC=AB/AC=7/11,∠AGB=∠ADC,所以∠BGD=∠BDG,所以BG=BD,故BD/DC=7/11.
解法10:如图4,由AC>AB知∠ABC>∠ACB,故以AC为边作∠ACE=∠ABC,CE交AD的延长线于点E.
因为∠1=∠2,所以△ABD∽△ACE,
所以BD/CE=AB/AC=7/11,
∠ADB=∠E.
又∠ADB=∠CDE,
所以∠CDE=∠E,所以DC=CE.
故BD/DC=7/11.
解法11:如图5,因为AC>AB,所以在AC上取AE=AB,连结DE,过点E作EN∥AD交BC于点N,则由已知易证BD=DE=DN.
由EN∥AD,得DN/DC=AE/AC,
故BD/DC=AB/AC=7/11.
解法12:如图5,因为AC>AB,所以在AB的延长线上取AG=AC,连结DG,过点B作BH∥AB交GD于点H,则由已知易证DG=DC,BD=DH.
由BH∥AD,得
DH/DG=AB/AC=7/11,
所以BD/DC=7/11.
解法13:如图5,以点B为圆心,BD之长为半径画弧交AD于点P,连结BP,则BP=BD,
所以∠BDP=∠BPD,
所以∠ADC=∠APB.
又∠1=∠2,所以△ADC∽△APB,
所以PB/DC=AB/AC=7/11,
故BD/DC=7/11.
解法14:如图5,以C为圆心,CD之长为半径画弧交AD的延长线于点Q,连结CQ,则CQ=CD,所以∠CQD=∠CDQ.
因为∠ADB=∠QDC,
所以∠ADB=∠CQD.
又∠1=∠2,所以△ABD∽△ACQ,
所以BD/CQ=AB/AC=7/11,
故BD/DC=7/11.
解法15:如图6,以BC为边,在∠ABC的外部作∠DBN=∠1,边BN交AD的延长线于点N.
因为∠1=∠2,所以∠DBN=∠2,
又∠BDN=∠ADC,所以△BDN∽△ADC,所以DN/DC=BN/AC.
又由△ABN∽△BDN,
得BD/DN=AB/BN.
两式相乘,得BD/DC=AB/AC=7/11.
解法16:如图6,以BC为边,在∠ACB的外部作∠BCE=∠2,边CE交AD的延长线于点E.以下与解法15类似,略去.
探索2:由探索1知,要求FC的长,只要求出BD/DC的值即可,因为BD、DC共点且共线,所以可以利用线段比与三角形的面积比互化来求解,又有以下两种解法.
解法17:如图6,设BC边上的高为 h,
∠BAD=∠DAC=α,
则BD•h=AB•AD•sinα=2S△ABD.
DC•h=AC•ADsinα=2S△ADC
两式相除,得BD/DC=AB/AC=7/11.
解法18:如图6,设BC边上的高为 h,由AD平分∠BAC知,点D到AB、AC的距离相等,设为 h1,则
BD•h=AB•h1=2S△ABD,
DC•h=AC•h1=2S△ADC,
两式相除,得BD/DC=AB/AC=7/11.
探索3:要求CF的长,因为AC=11,所以只要求出AF的长即可;又因为M为BC边的中点,所以可以通过构造三角形的中位线,利用三角形的中位线定理来求解,又有以下几种解法.
解法19:如图7,过点B作BE∥AD交CA的延长线于点E,则由已知易证AE=AB=7.
所以CE=CA+AE=18.
因为AD∥MF,所以MF∥BE.
因为M为BC的中点,所以F为CE的中点,所以FC=9.
解法20:如图7,过点M作MH∥AB交AC于点H,则
CH=AC/2,MH=AB/2.
由已知易证FH=HM,
所以FC=FH+HC=MH+HC=(AB+AC)/2=(7+11)/2=9.
解法21:如图7,延长MF交BA的延长线于点N,则由已知易证AF=AN.
由AD∥MN,得BA/BD=AN/DM=AF/DM=FC/MC,
所以(BA+AF)/BM=FC/MC.
因为BM=MC,所以BA+AF=FC,
即BA+AC-FC=FC,
所以FC=(AB+AC)/2=9.
解法22:如图7,过点C作CG∥AD交BA的延长线于点G,延长MF交AG于点N,则易证AF=AN,AG=AC=11,所以BG=18.
因为AD∥MN,所以MN∥CG.
因为M为BC的中点,所以N为BG的中点,所以BN=9,所以AF=AN=9-7=2.
所以FC=AC-AF=11-2=9.
解法23:如图7,过点M作MP∥AC分别交AB、AD于点P、Q,则MP=AC/2,AP=AB/2.
由已知易证AP=PQ,AF=QM,
所以AF=QM=MP-PQ=(AC-AB)/2=2,所以FC=AC-AF=11-2=9.
解法24:如图7,过点M作MH∥AB交AC于点H,交AD的延长线于点S.则由已知易证
AH=HS,FH=HM.
所以AF=SM=SH-MH=(AC-AB)/2=2,所以FC=AC-AF=11-2=9.
解法25:如图7,过点B作AC的平行线,分别交AD、FM的延长线于点T、I.
则由已知易证BI=FC,BT=AB.
又易证四边形ATIF为,
所以AF=TI,
所以AC-FC=BI-BT=FC-AB,
所以FC=(AB+AC)/2=(7+11)/2
=9.
(初二)
此题条件简单明了, 涉及到的知识点不多,是一道考查基础知识以及转化能力的好题.经过探索发现解法较多,现介绍给读者,供参考.
探索1:因为AD∥MF,
所以CF/CA=CM/CD.
又AC=11,因此,要求CF的长,只要能求出CM/CD的值即可.
又M为BC的中点,
所以CM/CD=BC/2CD.
因为AD平分∠BAC,所以BD/DC的值容易求,故BC/DC的值可求.
因为BD、DC共点且共线,所以可以通过作辅助平行线来求BD/DC的值.由于辅助平行线的不同作法,有下列解法.
解法1:如图2,过点C作CN∥AB交AD的延长线于点N,则∠1=∠3.
又∠1=∠2,所以∠2=∠3,
所以CN=AC=11,由CN∥AB,得BD/DC=AB/CN=7/11,
即BC/DC=18/11.
因为M为BC的中点,
所以CM/DC=9/11.
因为AD∥MF,所以CF/CA=CM/DC=9/11,所以CF=9/11×11=9.故应填“9”.
为了节约篇幅,以下各解法只要求出BD/DC的值,其余均略去.
解法2:如图2,过点B作BE∥AD交CA的延长线于点E,则∠E=∠2,∠1=∠4.
因为∠1=∠2,所以∠E=∠4,
所以AE=AB=7.
由BE∥AD,得BD/DC=AE/AC=7/11.
解法3:如图2,过点B作BG∥AC交AD的延长线于点G,则∠2=∠5.
因而∠1=∠2,所以∠1=∠5,
所以BG=AB=7.
由BG∥AC,得BD/DC=BG/AC=7/11.
解法4:如图2,过C点作CH∥AD交BA的延长线于点H,则∠1=∠H,∠2=∠ACH.
因为∠1=∠2,所以∠H=∠ACH,
所以AH=AC=11.
由AD∥CH,得BD/DC=BA/AH=7/11.
解法5:如图3,过点D作DE∥AC交AB于点E,则∠2=∠3.
又∠1=∠2,所以∠1=∠3,
所以DE=AE.
由DE∥AC,得BD/DC=BE/EA=BE/ED=BA/AC=7/11.
解法6:如图3,过点D作DG∥AB交AC于点G,则∠1=∠4.又∠1=∠2,
所以∠2=∠4,所以AG=DG.
由DG∥AB,得BD/DC=AG/GC=DG/GC=AB/AC=7/11.
解法7:如图3,过点B作BN⊥AD,过点C作CP⊥AD,N、P为垂足.
因为∠1=∠2,所以Rt△ANB∽Rt△ACP,
所以BN/CP=AB/AC.
因为∠BDN=∠CDP,
所以Rt△BDN∽Rt△CDP.
所以BN/CP=BD/DC,
所以BD/DC=AB/AC=7/11.
解法8:如图3,过点A作直线 l⊥AD,分别过点B、C作 l 的垂线,垂足为H、L,
则BH∥DA∥CL,
所以BD/DC=HA/AL.
因为∠1=∠ABH,∠2=∠ACL,∠1=∠2,所以∠ABH=∠ACL,
所以Rt△BHA∽Rt△CLA,
所以HA/AL=AB/AC,
所以BD/DC=AB/AC=7/11.
解法9:如图4,由AC>AB知∠ABC>∠ACB,故在∠ABC内作∠ABG=∠ACB,边BG交AD于点G.
因为∠1=∠2,所以△ABG∽△ACD,所以BG/DC=AB/AC=7/11,∠AGB=∠ADC,所以∠BGD=∠BDG,所以BG=BD,故BD/DC=7/11.
解法10:如图4,由AC>AB知∠ABC>∠ACB,故以AC为边作∠ACE=∠ABC,CE交AD的延长线于点E.
因为∠1=∠2,所以△ABD∽△ACE,
所以BD/CE=AB/AC=7/11,
∠ADB=∠E.
又∠ADB=∠CDE,
所以∠CDE=∠E,所以DC=CE.
故BD/DC=7/11.
解法11:如图5,因为AC>AB,所以在AC上取AE=AB,连结DE,过点E作EN∥AD交BC于点N,则由已知易证BD=DE=DN.
由EN∥AD,得DN/DC=AE/AC,
故BD/DC=AB/AC=7/11.
解法12:如图5,因为AC>AB,所以在AB的延长线上取AG=AC,连结DG,过点B作BH∥AB交GD于点H,则由已知易证DG=DC,BD=DH.
由BH∥AD,得
DH/DG=AB/AC=7/11,
所以BD/DC=7/11.
解法13:如图5,以点B为圆心,BD之长为半径画弧交AD于点P,连结BP,则BP=BD,
所以∠BDP=∠BPD,
所以∠ADC=∠APB.
又∠1=∠2,所以△ADC∽△APB,
所以PB/DC=AB/AC=7/11,
故BD/DC=7/11.
解法14:如图5,以C为圆心,CD之长为半径画弧交AD的延长线于点Q,连结CQ,则CQ=CD,所以∠CQD=∠CDQ.
因为∠ADB=∠QDC,
所以∠ADB=∠CQD.
又∠1=∠2,所以△ABD∽△ACQ,
所以BD/CQ=AB/AC=7/11,
故BD/DC=7/11.
解法15:如图6,以BC为边,在∠ABC的外部作∠DBN=∠1,边BN交AD的延长线于点N.
因为∠1=∠2,所以∠DBN=∠2,
又∠BDN=∠ADC,所以△BDN∽△ADC,所以DN/DC=BN/AC.
又由△ABN∽△BDN,
得BD/DN=AB/BN.
两式相乘,得BD/DC=AB/AC=7/11.
解法16:如图6,以BC为边,在∠ACB的外部作∠BCE=∠2,边CE交AD的延长线于点E.以下与解法15类似,略去.
探索2:由探索1知,要求FC的长,只要求出BD/DC的值即可,因为BD、DC共点且共线,所以可以利用线段比与三角形的面积比互化来求解,又有以下两种解法.
解法17:如图6,设BC边上的高为 h,
∠BAD=∠DAC=α,
则BD•h=AB•AD•sinα=2S△ABD.
DC•h=AC•ADsinα=2S△ADC
两式相除,得BD/DC=AB/AC=7/11.
解法18:如图6,设BC边上的高为 h,由AD平分∠BAC知,点D到AB、AC的距离相等,设为 h1,则
BD•h=AB•h1=2S△ABD,
DC•h=AC•h1=2S△ADC,
两式相除,得BD/DC=AB/AC=7/11.
探索3:要求CF的长,因为AC=11,所以只要求出AF的长即可;又因为M为BC边的中点,所以可以通过构造三角形的中位线,利用三角形的中位线定理来求解,又有以下几种解法.
解法19:如图7,过点B作BE∥AD交CA的延长线于点E,则由已知易证AE=AB=7.
所以CE=CA+AE=18.
因为AD∥MF,所以MF∥BE.
因为M为BC的中点,所以F为CE的中点,所以FC=9.
解法20:如图7,过点M作MH∥AB交AC于点H,则
CH=AC/2,MH=AB/2.
由已知易证FH=HM,
所以FC=FH+HC=MH+HC=(AB+AC)/2=(7+11)/2=9.
解法21:如图7,延长MF交BA的延长线于点N,则由已知易证AF=AN.
由AD∥MN,得BA/BD=AN/DM=AF/DM=FC/MC,
所以(BA+AF)/BM=FC/MC.
因为BM=MC,所以BA+AF=FC,
即BA+AC-FC=FC,
所以FC=(AB+AC)/2=9.
解法22:如图7,过点C作CG∥AD交BA的延长线于点G,延长MF交AG于点N,则易证AF=AN,AG=AC=11,所以BG=18.
因为AD∥MN,所以MN∥CG.
因为M为BC的中点,所以N为BG的中点,所以BN=9,所以AF=AN=9-7=2.
所以FC=AC-AF=11-2=9.
解法23:如图7,过点M作MP∥AC分别交AB、AD于点P、Q,则MP=AC/2,AP=AB/2.
由已知易证AP=PQ,AF=QM,
所以AF=QM=MP-PQ=(AC-AB)/2=2,所以FC=AC-AF=11-2=9.
解法24:如图7,过点M作MH∥AB交AC于点H,交AD的延长线于点S.则由已知易证
AH=HS,FH=HM.
所以AF=SM=SH-MH=(AC-AB)/2=2,所以FC=AC-AF=11-2=9.
解法25:如图7,过点B作AC的平行线,分别交AD、FM的延长线于点T、I.
则由已知易证BI=FC,BT=AB.
又易证四边形ATIF为,
所以AF=TI,
所以AC-FC=BI-BT=FC-AB,
所以FC=(AB+AC)/2=(7+11)/2
=9.
(初二)