一道最新竞赛几何计算题的解法探索

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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•sinα=2S△ABD.
  DC•h=AC•ADsinα=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)
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