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从“弦图”到“一线三等角”

王 桥

从茫茫题海中的一道道题目出发,找出他们的形式上或解法上的共同点,提炼出他们的共同属性,既是从特殊到一般的过程,也是逐渐建模的过程。运用一个个模型,反过来再解决一道道具体的问题,则是模型运用的过程。

“一线三等角模型”无疑是比较常见的几何模型之一,在《沙场秋点兵》和《春季攻势》以及《冲刺十招》中都有涉及。但在三本书中是从不同的角度进行讲解的。《沙场秋点兵》把他放在了“相似三角形的九大模型”一讲,所占篇幅不大;《春季攻势》虽然单独开辟一讲“一线三等角和手拉手模型”,但仍然感觉意犹未尽;《冲刺十招》是放在“胸有成竹会'建模’”一讲,因篇幅局限,更有隔靴挠痒之感觉。

目前,正在讲《沙场秋点兵》之“相似三角形的九大模型”,并将开始着手修订新的《春季攻势》。“老王的数学”公众号的相关文章,作为这三本拙作的画蛇添足之笔,因不受篇幅长短和阅读时间的限制,自然可以自由发挥。今天,咱们就聊聊“弦图”(也叫“三垂直”模型)和“一线三等角”模型。

“弦图”模型是特殊情况,“一线三等角”模型是一般情况;“弦图”模型和“一线三等角”模型又各自分为“全等”和“相似”两大类。

一、咱们先看“全等”型。

(一)“全等”型“弦图”


如图1、图2,若∠BCA=∠AED=∠BAD=90°,且AB=AD,则△ABC≌△DAE。

其实,这两个“弦图”,也给我们提供了一种构造“弦图”的策略。即如图3,若知道等腰Rt△BAD中,∠BAD=90°且AB=AD,常见的策略就是构造“弦图”——斜直角放正。即过等腰直角三角形的直角顶点A作水平线,再分别过B、D作水平线的垂线BC、DE,即可构造△ABC≌△DAE;或者过点A作铅垂线,再过分别过B、D作铅垂线的垂线BM、DN,即可构造△ABM≌△DAN;

(二)“全等”型“一线三等角”

1、如图4、图5,若∠BCA=∠AED=∠BAD=α,且AB=AD,则△ABC≌△DAE。

2、如图6、图7,若∠BCM=∠DEM=∠BAD=α,且AB=AD,则△ABC≌△DAE。

很显然,当“全等型一线三等角模型”中的三个等角“α”等于90°时,就是前面的“弦图模型”。

例1、(2020天水)如图8,将正方形OEFG放在平面直角坐标系中,O是坐标原点,点E的坐标为(2,3),则点F的坐标为.——选自《春季攻势》第11讲“一线三等角与手拉手”

【解析】:如图9,构造弦图,则易证明△FME≌△ENO。∵点E(2,3),则ON=ME=2,EN=FM=3,∴MN=EN+EM=5,FH=FM-HM=FM-ON=3-2=1,则F(-1,5).

二、“相似”型。

(一)“三垂直”型

如图11、图12,若∠BCA=∠AED=∠BAD=90°,则△ABC∽△DAE。

我们也可以根据这两个图形构造“弦图”。即如图13,若知道等腰Rt△BAD中,∠BAD=90°,常见的策略就是构造“弦图”——斜直角放正。即过直角三角形的直角顶点A作水平线,再分别过B、D作水平线的垂线BC、DE,即可构造△ABC∽△DAE;或者过点A作铅垂线,再过分别过B、D作铅垂线的垂线BM、DN,即可构造△ABM∽△DAN;


(二)“一线三等角相似”型

1、如图14若∠BCA=∠AED=∠BAD=α,则△ABC∽△DAE。

2、如图15,若∠BCM=∠DEM=∠BAD=α,则△ABC∽△DAE。

(三)“中点型一线三等角相似”模型

1、如图16,若∠BCA=∠AED=∠BAD=90°,且AC=AE。则△ABC∽△DAE∽△DBA,AB平分∠CBD,AD平分∠BDE;

2、如图17,若∠BCA=∠AED=∠BAD=α,且AC=AE。则△ABC∽△DAE∽△DBA,AB平分∠CBD,AD平分∠BDE;

例3、(2021广东)如图,边长为1的正方形ABCD中,点E为AD的中点.连接BE,将△ABE沿BE折叠得到△FBE,BF交AC于点G,求CG的长.——选自《沙场秋点兵》

例4、如图1,在等腰三角形ABC中,∠BAC=120°,AB=AC=2,点D是BC边上的一个动点(不与B、C重合),在AC上取一点E,使∠ADE=30°.

(1)求证:△ABD∽△DCE;

(2)设BD=x,AE=y,求y关于x的函数关系式并写出自变量x的取值范围;

(3)当△ADE是等腰三角形时,求AE的长。——选自《沙场秋点兵》“相似三角形的九大模型”

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