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一题多解,各显神通——2023年北京中考数学第27题

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一题多解,各显神通

2023年北京中考数学第27题

优秀的初中几何压轴题,通常情况下入口较宽,以容纳不同思维习惯的学生,无论擅长哪种几何构型,都能找到不同的解题思路。对于学生而言,解题思路一定要从题目条件出发,顺藤摸瓜,分析每个条件背后的含义,将可能推导出的结论连接成知识网络;对于教师而言,命制一道优秀的几何题,离不开对平时教学的研究,特别是几何图形间的内在联系。

题目

在△ABC中,∠B=∠C=α(0°<α<45°),AM⊥BC于点M,D是线段MC上的动点(不与M,C重合),将线段DM绕点D顺时针旋转2α得到线段DE.

(1)如图1,当点E在线段AC上时,求证:D是MC的中点;

(2)如图2,若在线段BM上存在点F(不与B,M重合)满足DF=DC,连接AE,EF,直接写出∠AEF的大小,并证明.

解析:

01

(1)我们首先连接ME,由旋转可知,△DME为等腰三角形,如下图:

因为∠EDM=2α=2∠C,且∠EDM是△CDE外角,于是∠DEC=∠C,得DE=DC,我们得到DE=DC=DM,即点D是MC中点;

02

(2)紧接前面的思考,寻找前后两小问间的联系,现在点D依然是中点,但不是MC中点,而是FC中点,由旋转DE=DM且∠EDM=2α依然成立;

然后我们分析出现在BC边上的两个中点M和D,BM=CM=1/2BC,DF=DC=1/2CF,其中BC-FC=BF,CM-DC=DM,所以我们还能得到DM=1/2BF,考虑到线段DM的端点D为中点,因此我们可构造中位线模型,如下图:

01

方法一

延长FE至点G使EG=FE,连接AG,CG,AF,显然DE是△CFG中位线,因此DE=1/2CG,于是BF=CG,再加上AB=AC,观察图中的△ABF和△ACG,我们来证明它们全等,现在只差一个条件即夹角相等;

由中位线DE∥CG,得∠DCG=∠MDE=2α,所以∠ACG=α=∠B,于是△ABF≌△ACG,所以AF=AG,在等腰△AFG中,由三线合一可证AE⊥FG,即∠AEF=90°;

继续探索新的解题思路:

02

方法二

连接AF之后,在Rt△AFM斜边上取中点G,再连接DG,我们又得到一条中位线,如下图:

再连接GM,GE,由直角三角形斜边上中线等于斜边的一半,可得GM=1/2AF,由DG∥AC可得∠MDG=∠C=α,于是∠MDG=∠EDG=α,所以可证明△MDG≌△EDG,得到GM=GE,我们证明了GE=1/2AF,接下来可利用三角形内角和证明∠AEF=90°;也可证A、E、F三点共圆,从而∠AEF=90°;

在前面的探索过程中,我们还可以选择另一条路:

03

方法三

连接AF,EM,过点D作EM的垂线DG,如下图:

这显然是利用等腰△EDM中三线合一,得到Rt△DMG,以及∠MDG=α,其中∠MDG+∠DMG=90°,∠AME+∠DMG=90°,所以∠AME=∠MDG=α=∠B,我们观察△ABF与△AME,推导如下:

于是我们能证明△AME∽△ABF,并由这一对相似三角形得到AM:AB=AE:AF,再证明∠BAM=∠FAE,即可得到第二对相似三角形,△ABM∽△AFE,于是∠AEF=∠AMB=90°;

探索到这个份上,已经出现过多次直角三角形,显然我们还可以利用共圆来证明:

04

方法四

我们将DE延长,交AC于点G,连接AF,FG,EM,如下图:

借助第1问的推导,我们可证明DC=DG=DF,于是点C、F、G三点共圆,且CF为直径,所以∠FGC=90°,于是得到另外一个直角三角形,Rt△AFG,再观察Rt△AFM,它们有公共斜边,于是A、F、M、G四点共圆,不妨作出这个圆,可知DG与圆相交于点E,即点E也在这个圆上,于是直径所对圆周角∠AEF=90°.

解题反思

本题解法还能继续探索,和已有的中位线、全等三角形、相似三角形、圆等思路相比,不过是不同的排列组合,也就是说,无论学生对以上主体思路中哪一种较为擅长,终能找到适合自已的方法。

对平时教学的指导意义,本题图形结构较为简单,一个等腰三角形,一个动点,赋予旋转和中点意义之后,整个图形就活了,既能构造旋转全等或相似,也可以构造中位线,并且相互关联得到更多新的结论,其中丰富的直角三角形,除了用于导角之外,还可以借助斜边上的中线,以及寻找共斜边的直角三角形,发现隐圆,从而由直线型跳到圆弧型构图。我们在初中三年的几何教学中,是否引导学生深入理解图形构造,显得极为重要。在解题思路的引导上,上述方法均由条件出发,借助平时例题或习题中的常见思维,得到最后的结论,所以在课堂教学中,也需要做到紧贴教材,不出现偏、难、怪的习题。

这道几何压轴题,仅仅用八年级数学知识,也能求解,并且难度不低,一道题目的区分度,不一定非要用九年级知识,这不禁令我想起了讲过的那年温州一次函数压轴题,命题者没有给自已设定条条框框,也没有出现思维惯势,我的思考是,为什么几何压轴题一定要用某种模式?不仅束缚了命题,也束缚了教师备考,更束缚了学生思维。

解题教学一直是初中数学教学的重要组成部分,在张钦博士主编的《从优秀试题研究中领悟初中数学教学》一书,便从全国各地压轴题中遴选,并由一群热爱数学教学的教师编写,此书非常适合青年教师阅读,从中获得成长,强烈推荐!

教研参考书籍推荐

《从优秀试题研究中领悟初中数学教学》(张钦著)

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