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图形旋转变换是新课标增加的学习内容。一方面在近年中考中备受青睐,另一方面更为探究复杂的几何问题提供了方便。举例说明如下:
1求角的大小
例:如图1,已知,P是正方形ABCD内一点,图1PA=1,PB=2,PC=3,求∠APB的大小。
分析:解决这个问题关键在于利用旋转变换将线段PA,PB,PC转化为三角形的边。
解:将ΔABP绕B点顺时针旋转90°得ΔCBP′,连结PP′,则ΔCBP′≌ΔABP
∴PB′=PB=2,P′C=PA=1
∠BP′C=∠APB
∵∠PBP∠=90°(旋转角)PB′=PB=2
∴∠BP′P=45°
∴PP′=PB′2+PB2=22+22=22
在ΔPP′C中,P′C2+PP′2=12+(22)2=9
PC2=32=9
∴P′C2+PP′2=PC2
∴∠PP′C=90°
∴∠BP′C=∠BP′P+∠PP′C=45°+90°=135°
即:∠APB=135°
圖2对应练习:如图2,已知P是等边ΔABC内一点,PA=6,PB=8,PC=10,求∠APB的大小。
图32证明线段不等关系
例:如图3,已知ΔABC中,AB=AC,在ΔABC内有一点P使∠APB>∠APC,求证:PC>PB
分析:如图3利用旋转变换将ΔABP旋转至ΔAP′C的位置,即可解决
解:将ΔAPB绕点A逆时针旋转∠BAC至ΔAP′C,连结PP′
则AP′=AP∠APB=∠AP′C
∵∠APB>∠APC
∴∠AP′C>APC
∵∠APP′=∠AP′P
∴∠PP′C>∠P′PC
∴PC>P′C而PB=P′C
∴PC>PB
图4对应练习:如图4,等边ΔABC内有一点O,说OA+OB>OC。
3求作三角形
例:已知点P到正ΔABC三个顶点的距离分别为4,5,6,求作正ΔABC
分析:本题要从ΔABC的边长。假设正ΔABC已作出,如图5,将ΔAPC绕A点顺时针旋转60°到ΔAP′B处,图5连结P′P,即可得ΔAP′P为正三角形,而P′B=6,P′P=4,于是得到作法。
作法:作以4、5、6为边的ΔBP′P(P′B=6,P′P=4,PB=5)在形外作正ΔAP′P,连接AB,则AB为正三角形的边长,再以AB为边作出正ΔABC(使点P在ΔABC内部)
对应练习,如图6,已知∠MON内有一点P,试在OM、ON上分别找一点A和B,使ΔAPB为等腰直角三角形。
图64证明其他问题
例:已知P为正ΔABC内一点,∠APB=113°,∠APC=123°,求证,以AP、BP、CP为图7边可以构成一个三角形,并确定构成三角形各内角的度数。
分析:如图7,如果以点C为中心,将ΔAPC逆时针旋转60°,点A变到点B,线段CA变到CB,点P变到点P1,问题就迎刃而解。
证明:将ΔAPC绕C点逆时针旋转60°至ΔC1PB连结PP1。
∵∠ACP=∠BCP1=60°-∠PCB
CP=CP1AC=BC∠PCP1=60°
∴ΔAPC≌ΔBP1C
∴AP=BP1∠BP1C=∠APC=128°
∵CP=CP1∠PCP1=60°
∴ΔPCP1为等边三角形
∴PP1=CP1∠CPP1=∠CP1P=60°
∴ΔBPP1就是以BP,AP(=BP1)CP(=PP1)为三边构成的三角形
∴∠BP1P=∠BP1C-∠CP1P=∠APC-60°=63°
∴∠BPC=360°-113°-128°=124°
∴∠BPP1=∠BPC-∠CPP1=124°-60°=64°
∴∠PBP1=180°-63°-64=58°
图8对应练习:如图8,在四边形ABCD中,∠ABC=30°,∠ADC=60°,AD=DC,证明:BD2=AB2+BC2
通过以上几种类型题的练习,既拓展了学生的思维空间,又提高了学生分析问题的能力,更重要的是学生学会了利用图形旋转变换解决问题的方法。
1求角的大小
例:如图1,已知,P是正方形ABCD内一点,图1PA=1,PB=2,PC=3,求∠APB的大小。
分析:解决这个问题关键在于利用旋转变换将线段PA,PB,PC转化为三角形的边。
解:将ΔABP绕B点顺时针旋转90°得ΔCBP′,连结PP′,则ΔCBP′≌ΔABP
∴PB′=PB=2,P′C=PA=1
∠BP′C=∠APB
∵∠PBP∠=90°(旋转角)PB′=PB=2
∴∠BP′P=45°
∴PP′=PB′2+PB2=22+22=22
在ΔPP′C中,P′C2+PP′2=12+(22)2=9
PC2=32=9
∴P′C2+PP′2=PC2
∴∠PP′C=90°
∴∠BP′C=∠BP′P+∠PP′C=45°+90°=135°
即:∠APB=135°
圖2对应练习:如图2,已知P是等边ΔABC内一点,PA=6,PB=8,PC=10,求∠APB的大小。
图32证明线段不等关系
例:如图3,已知ΔABC中,AB=AC,在ΔABC内有一点P使∠APB>∠APC,求证:PC>PB
分析:如图3利用旋转变换将ΔABP旋转至ΔAP′C的位置,即可解决
解:将ΔAPB绕点A逆时针旋转∠BAC至ΔAP′C,连结PP′
则AP′=AP∠APB=∠AP′C
∵∠APB>∠APC
∴∠AP′C>APC
∵∠APP′=∠AP′P
∴∠PP′C>∠P′PC
∴PC>P′C而PB=P′C
∴PC>PB
图4对应练习:如图4,等边ΔABC内有一点O,说OA+OB>OC。
3求作三角形
例:已知点P到正ΔABC三个顶点的距离分别为4,5,6,求作正ΔABC
分析:本题要从ΔABC的边长。假设正ΔABC已作出,如图5,将ΔAPC绕A点顺时针旋转60°到ΔAP′B处,图5连结P′P,即可得ΔAP′P为正三角形,而P′B=6,P′P=4,于是得到作法。
作法:作以4、5、6为边的ΔBP′P(P′B=6,P′P=4,PB=5)在形外作正ΔAP′P,连接AB,则AB为正三角形的边长,再以AB为边作出正ΔABC(使点P在ΔABC内部)
对应练习,如图6,已知∠MON内有一点P,试在OM、ON上分别找一点A和B,使ΔAPB为等腰直角三角形。
图64证明其他问题
例:已知P为正ΔABC内一点,∠APB=113°,∠APC=123°,求证,以AP、BP、CP为图7边可以构成一个三角形,并确定构成三角形各内角的度数。
分析:如图7,如果以点C为中心,将ΔAPC逆时针旋转60°,点A变到点B,线段CA变到CB,点P变到点P1,问题就迎刃而解。
证明:将ΔAPC绕C点逆时针旋转60°至ΔC1PB连结PP1。
∵∠ACP=∠BCP1=60°-∠PCB
CP=CP1AC=BC∠PCP1=60°
∴ΔAPC≌ΔBP1C
∴AP=BP1∠BP1C=∠APC=128°
∵CP=CP1∠PCP1=60°
∴ΔPCP1为等边三角形
∴PP1=CP1∠CPP1=∠CP1P=60°
∴ΔBPP1就是以BP,AP(=BP1)CP(=PP1)为三边构成的三角形
∴∠BP1P=∠BP1C-∠CP1P=∠APC-60°=63°
∴∠BPC=360°-113°-128°=124°
∴∠BPP1=∠BPC-∠CPP1=124°-60°=64°
∴∠PBP1=180°-63°-64=58°
图8对应练习:如图8,在四边形ABCD中,∠ABC=30°,∠ADC=60°,AD=DC,证明:BD2=AB2+BC2
通过以上几种类型题的练习,既拓展了学生的思维空间,又提高了学生分析问题的能力,更重要的是学生学会了利用图形旋转变换解决问题的方法。