中考压轴题中的相似功夫(年浙江衢州第24题)
相似三角形的对应边成比例,没什么难的,比例式换乘积式,也不麻烦,如果仅有一对相似三角形,那一道题能难到哪儿去?在计算矩形面积和三角形面积时,我们也曾见识过线段乘积,当它们和相似比例线段结合起来,就十分考验对相似这一章节基本功的造诣了。
题目
如图,在矩形ABCD中,对角线AC,BD相交于点O,AE平分∠BAC,交BC于点E,作DF⊥AE于点H,分别交AB,AC于F,G.
(1)判断△AFG的形状并说明理由;
(2)求证:BF=2OG;
(3)记△DGO的面积为S1,△DBF的面积为S2,当S1:S2=1:3时,求AD:AB的值;
(4)若DF交射线AB于点F,中的其余条件不变,连接EF,当△BEF的面积为矩形ABCD面积的1/10时,请直接写出tan∠BAE的值.
解析:
(1)角平分线、垂线,这两个要素极易联想到等腰三角形,无论是用内角和,还是用全等,都不难得到AF=AG,因此这是一个等腰三角形;
(2)线段间的2倍关系,再加上点O又是对角线的中点,因此可以往中位线方向去思考,两种构造中位线的方法均可,一是过点O作AB的平行线,二是过点B作AC的平行线,都能构造成功,如下图:
左图中,承接第1小题的结论,我们可证明△OGK也是等腰三角形,于是OG=OK,再利用中位线定理得到BF=2OK=2OG;
右图中,承接第1小题的结论,同样可证明△BFL是等腰三角形,于是BL=BF=2OG;
(3)在前面的性质研究基础上,加入了面积探究,而且△DGO和△DBF这两个三角形的一条边恰恰为BF和OG,那便以它们为底边,于是这两个三角形的高分别为AD和DM,如下图:
根据它们面积之比为1:3,可得到BF·AD=3OG·DM,而BF=2OG,因此可得2AD=3DM。
现在我们得到了AD和DM之间的比例关系为3:2,而题目要求的是AD和AB之间的比例关系,并且AB=CD,观察AD、DM、CD,不难发现,它们正好是另一对相似三角形的对应边,于是我们可证明△ADC∽△DMC,所以AD:DM=AC:DC=3:2,因此在Rt△ACD中,不妨设AC=3k,DC=2k,由勾股定理计算出AD=√5k,最后得到AD:CD=√5:2,即AD:AB=√5:2;
(4)请注意“DF交射线AB于点F”,隐藏含义是点F可能在边AB上,也可能在其延长线上,所以需要分情况讨论,如下图:
①当点F在边AB上时,要想求出tan∠BAE,首先观察Rt△ABE,题目并未给出任何边长条件,所以我们需要寻找BE:AB的值和哪些量有关联,其次在求比值的常规方法中,找相似通常是第一选择,而在图形中,是否存在与△ABE相似的三角形呢?
答案是存在,即Rt△DAF。
△ABE∽△DAF很容易证明,由此可得BE:AB=AF:AD;
再来看△BEF和矩形ABCD的面积,分别表示为1/2BE·BF和AB·AD,根据10倍面积的关系,可得5BE·BF=AB·AD;
上述两个比例式之间一定存在某种联系,推导如下:
联系找到了,原来我们设的两个参数a和b之间是2倍关系,那就好办了,继续在前面基础上来求tan∠BAE:
②当点F在AB延长线上时,依然有△ABE∽△DAF,所以前面推导出来的等式仍然不变,即DA=5AF·BF,然而线段的表示结果却发生了改变,推导如下:
解题反思
此题的难点在于对于相似三角形得到的比例式,以及面积关系得到的比例式之间的变换,这种代数恒等变换历来对九年级学生是一种考验,不仅考验相似三角形的理解,更考验代数运算基本功。
在整个初中阶段,运算复杂度其实并不高,但数学运算,有其基本的要求,个人认为,某些地市的中考数学题,对数学运算量的把握值得商榷,因为在现实生活中,根本没有那么多整数结果或简单分数结果,无理数,较复杂的分数、小数比比皆是,义务教育阶段的育人目标是培养合格的社会人才,他们未来走到任何工作岗位,都不会只面对整数或简单分数的结果。然而命题过程中,这个度的把握十分不易,究竟什么样的运算不属于过重负担呢?浙江这几套卷中的压轴题或许可以参考。