在初中幾何計算與證明的過程當中,輔助線作法非常多,而“倍長中線”是其中最重要的一類之一。今天我們就花點時間,認真學習一下“倍長中線”。如果你是中學生或中學生家長,看完它,以后遇到此類問題或許將迎刃而解。我們把“倍長中線”的輔助線類型大概分為三類。分別是倍長中線、倍長經過中點的線段和延長相交證倍長。下面我們舉例細說。
所謂中線,是三角形的頂點和對邊中點連線的線段。如下圖,若D是三角形ABC邊BC邊的中點,則線段AD叫做三角形ABC底邊BC的中線,也可以簡單的把線段AD叫做三角形ABC的中線。一個三角形明顯有3條中線。
所謂“倍長中線”,就是在幾何計算和證明的過程當中,如果出現三角形中線,在不添加輔助線的情況下,如果問題無法獲得解決,此時應該首先考慮用把中線延長一倍即“倍長中線”,以構造“8”字型全等。如下圖,若D是邊BC中點,延長AD到E使得DE=AD,連接BE,則△ADC和△EDB可利用“SAS”證明全等。此時下圖的陰影就是剛才上面所說的“8”字型全等。倍長中線的精髓就是構造這個“8”字型全等。
上面的方法說的再多,講的再詳細,理解的再透徹。但和做題比起來就是兩碼事了,方法可能感覺很簡單,但運用起來就不一定了,下面我們給出具體的例題,大家一定要在具體的例題當中去理解“倍長中線”。
例1: 如圖,在△ABC中,AD是邊BC的中線,若AB=6,AC=4,則AD的取值范圍是_____________.
分析:倍長中線構成“8”字型全等,如下圖,在三角形ABE中,AB=6,由△ADC和△EDB全等可知BE=AC=4.在△ABE中由三邊關系可知:6-4<AE<6+4,即2<2AD<10,因此1<AD<5。由此可以發現,我們通過“倍長中線”。把已知線段和所求線段都轉化到了三角形ABE當中。進而把問題解決。
大家想一下,若把例題中的條件改為,AB=6,AD=4.其它條件不變。求AC的取值范圍,思路是完全一樣,可以嘗試做一下。
答案是2<AC<14
所謂的倍長經過中點的線段,是指在圖當中沒有中線,因此只需要把經過線段中點的線段延長1倍以構造“8”字型全等。具體情況我們在例題中說明。
來看下面一道例題
例2 如圖,在△ABC中,D是邊BC的中點,過D作DE垂直于DF分別交邊AB、AC于E、F。連接EF。求證:BE+FC>EF.
分析:如圖,線段DE和DF在圖中不是以中線形式存在的,此時再說“倍長中線”明顯不合適,除非連接EC,此時線段ED才可以說是三角形EBC的中線,但圖中并沒有連連接EC。此時如果把ED或FD延長一倍,只能叫:倍長經過中點的線段(也就是線段ED經過線段BC的中點D)。但是我們仍然把這中情況它歸為“倍長中線”的范疇。
這道題的具體做法如下:
倍長ED后,由綠色“8”字型全等,可得BE=PC,DE=DP。由已知條件DE和DF垂直可得FD是EP的垂直平分線,由垂直平分線性質可知EF=PF,這樣就把要證的三條線段轉化到右邊的黃顏色三角形FPC中,由三角形三邊關系可知FC+PC>FP,等量代換后是FC+BE>EF.
我們進一步思考,如果增加條件,若角A是直角,此時黃顏色三角形FPC可證是直角三角形,因此三角形FPC三邊的關系滿足勾股定理,轉化就是就是BE平方+FC平方=EF平方,這也是勾股定理那一章常考的題型。
例3 關于倍長經過中點線段,我給出一條三角形的性質,這條性質的證明也是要用到倍長經過中點的線段。看下圖,已知AD是角平方線,E是邊BC中點,EF和AD平行。求證:AB+AF=FC.
這個是三角形的一條重要性質,希望大家能夠記住。
證明此結論,倍長FE后,由三角形全等對應角相等、平行后同位角和內角角相等、角平方線、對頂角相等可得到里邊多個角相等,進一步可以證明綠色三角形是等腰三角形。即可得到結論。
所謂延長相交構造倍長是指:如果我們把中線或經過線段中點的線段倍長,則要牽涉證共線或者證點在某條線上,為了不證共線或者證點在某條線上(這樣麻煩),直接延長中線或經過線段中點的線段使其與線相交后再證明相等,是一種間接的倍長中線。
我們通過下面例題加以說明:
例4 三角形ABC和三角形CDE均是等腰直角三角,AB=BC,CD=DE,M是AE中點。求證:三角形BMD是等腰直角三角形。
分析:輔助線如下,此時如果倍長DM至F,需證明F在直線AB上,因此我們選擇直接延長DM交直線AB于F,然后再證“8”字型全等,圖中的AB和DE平行,這個“8”字型全等是比較好證的。然后可得M是FD中點。這中情況我們稱作:延長相交構成倍長,本質還是把經過中點的線段延長了一倍。在“8”字型全等基礎上,可得三角形FBD是等腰直角三角形,后面再得三角形BMD就簡單了。
上述三種做法盡管有區別,但本質都是把中線或經過中點的線段延長了一倍,因此我們都把它叫做“倍長中線”,在具體的問題中大家要具體分析。多做題多總結多運用。
下面一道題留給大家思考
例5。如下圖,四邊形ABCD是正方形,三角形BEF是等腰直角三角形,BE=EF,連接FD,P是FD的中點,連接EP,PC。證明:PE=PC
提示的輔助線作法如下:
從左到右,圖1是“8”字型全等,圖2是兩塊陰影全等,但是鈍角相等不好證明,需要延長EF和CD相交借助于同位角來證,圖3陰影是等腰直角三角形