北京市数学竞赛题,典型的几何类一题多解,拓展思路

首页 > 教育新闻 > 教育杂谈/2019-01-16 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

如图,在正方形ABCD中,E、F分别是AD、DC的中点,连接CF,BE交于点P,连接AP,求证AP=AB。

[思路导航]根据条件中的正方形和中点

易得△BCE≌△CDF(SAS)

BE⊥CF(因为篇幅较长不证明)

由条件或问题出发在初中阶段可以有多重不同思路


方法一、AB是正方形的边,构造全等三角形,利用等量代换解决,因为F是中点,所以考虑取BC的中点

证明:取BC中点Q,连接QF,PQ

则FQ//AB,FQ=AB

∵PQ是Rt△BPC的中线

∴PQ=BC/2=BQ=AF

∴∠QPB=∠QBP=∠CFQ

∵∠BPF=∠AFQ=90o

∴∠QPF=∠AFP

在△AFP与△QPF中

AF=QP,∠AFP=∠FPQ,FP=PF

∴△AFP≌△QPF(SAS)

∴AP=FQ

∴AP=AB



方法二、由问题出发,A应是PB垂直平分线上的点,所以考虑去证明

证明:取BC中点G,连接AG交PB于H

∵F、G是AD、BC的中点

∴AF=GC、AF//GC

∴AGCF是平行四边形

∴AH//CF ,H是PB的中点

又∵BE⊥CF

∴BE⊥AH

∴AH是PB的垂直平分线

∴AP=AB



方法三、由∠BPF是直角,F是中点,构造直角三角形求解,类似三角形的倍长中线法。

证明:延长CF至H,使FH=CF,连接HA

结合正方形及相关中点易得

△CDF≌△HAF(SAS)

∴HA=DC=AB,

∴∠HAF=∠CDF=90o

∴∠HAB=180o,H,A,B共线

∴点A是Rt△BPH斜边的中点

∴AP=AB

此法也可以从所求出发以A为圆心AB为半径作圆,相关线段延长后相交去逆向考虑,如下图



方法四、考虑利用正方形的边长相等及给的中点,用解析法也比较方便

证明:以A为原点建立坐标系,设正方形边长为2a,则各点坐标如下

B(2a,0),C(2a,2a),E(a,2a),F(0,a)

根据点坐标得出直线BE与CF的解析式

再根据解析式得交点P坐标(6a/5,8a/5)

利用距离公式可得出

AP=2a

∴AP=AB



方法五、因为四边形ABPF内对角互补,所以利用四点共圆,辅助求解

证明:连接BF,

易得△ABF≌△CBE(SAS)

∴∠ABF=∠CBE(i)

又∵BP ⊥ FC

∴∠BAF+∠BPF=180o

∴A、B、P、F四点共圆

∴∠APF=∠ABF(ii)

∴∠APF=∠CBE

∴∠APB=∠ABP

∴AB=AP



小结:本题难度适中,从不同角度去分析可得多种求解方法,三角形、四边形和圆其实常常有联系,可以多往这方面考虑,解析法在初中阶段不常用,但也可以多加使用。