手拉手模型是最常见的一类证明全等或相似的重要数学模型,全等型手拉手模型主要有以下三个特征:
双等腰、共顶点、顶角相等.
【模型解析】
模型一:等边三角形
△ABC和△CDE均为等边三角形,点C为公共顶点,如下图:
结论:△ACE≌△BCD.
【例题1】如图,△ABD与△BCE都是等边三角形,连接AE与CD,延长AE交CD于点F.
求证:AE=DC,∠AFD=60°.
证明:
∵△ABD与△BCE都是等边三角形,
∴AB=DB,EB=CB,∠ABD=∠EBC=60°,
又∵∠ABE+∠EBD=∠DBC+∠EBD=60°,
∴∠ABE=∠DBC,
∴△ABE≌△DBC(SAS),
∴AE=DC,∠EAB=CDB.
∵∠DAE+∠EAB=∠DAB=60°,
∴∠DAE+∠CDB=60°,
∵∠AFC=∠DAE+∠ADB+∠CDB=60°+60°=120°,
∴∠AFD=180°-∠AFC=180°-120°=60°.
模型二:等腰三角形
等腰△ABC和等腰△CDE,点C是公共顶点,∠ACB=∠DCE=a,如下图:
结论:△ACD≌△BCE.
模型三:等腰直角三角形
等腰Rt△AOB和等腰Rt△EOF,点O为公共顶点,如下图:AE=BF,AE⊥BF.
现将△EOF绕点O顺时针旋转一周,可以分为以下几种情况来考虑:
结论:
①图二、三、五,当A、O、F三点不共线时,△AOE≌△BOF;
②图一、四、六,△AOB∽△EOF;
③由图六可知,点E、F的运动轨迹是圆弧(注意特殊位置的最值问题).
模型四:正方形
正方形ABCD和正方形CEFG,点C是公共顶点,如下图:
结论:△BCG≌△DCE.
【例题2】如图①所示,四边形ABCD是正方形,点E是AB的中点,以AE为边作正方形AEFG,连接DE,BG.
(1)发现:
①线段DE、BG之间的数量关系是DE=BG;
②线段DE、BG之间的位置关系是DE⊥BG;
(2)探究:
如图②,将正方形AEFG绕点A逆时针旋转,(1)中的结论是否仍然成立?
若成立,请给出证明;若不成立,请说明理由;
【提示】(1)、(2)中,用手拉手模型证明三角形全等即可解题.
【模型应用】
【例题3】如图,在长方形ABCD中,AB=3,BC=4,E为BC上一点,且BE=1,F为AB边上的一个动点,连接EF,将EF绕着点E顺时针旋转45°到EG的位置,连接FG和CG,则CG的最小值是多少?
【解析】
如图,当CG⊥B'G时,此时CG最小.
解法的实质就是构造了一个和△BEF全等、共顶点的三角形,或者说是将△BEF绕点E旋转了45°.
△FBE≌△GB'E≌△EOG,四边形B'EOG是矩形,∠B'EO=90°,
从而可知△EOC是等腰直角三角形,OE=OC,∠EOC=90°,
由EC=3,可知OC=3√2/2,所以CG=1+3√2/2.
【例题4】在正方形ABCD中,CD=2,若点P满足PD=1,且∠BPD=90°,
请直接写出点A到BP的距离为多少?
【解析】
其实点P的轨迹就是以点D为圆心,PD长为半径的圆,∠BPD=90°,可知BP与该圆相切.
第一种情况:
如图所示,连接AP,过点A作AF⊥AP,AE⊥BP,交BP于点F,E.
可证:△ABF≌△ADP(ASA),
∴FB=PD=1,AF=AP,
∴△PAF是等腰直角三角形.
设AE=EF=x,在Rt△AEB中,由勾股定理可得:
AE2=AB2-BE2,即x2=2^2-(x+1)2,
解得:x1=(-1+√7)/2,x2=(-1-√7)/2(舍去),
此时点A到BP的距离是(-1+√7)/2;
第二种情况:
如图所示,连接AP,过点A作AF⊥AP,交PB延长线于点F,AE⊥BP,垂足为点E.
可证:△ABF≌△ADP(ASA),
∴FB=PD=1,AP=AF,
∴△PAF是等腰直角三角形.
设AE=EF=x,在Rt△AEB中,由勾股定理可得:
AE2=AB2-BE2,即x2=2^2-(x-1)2,
解得:x1=(1+√7)/2,x2=(1-√7)/2(舍去),
此时点A到BP的距离是(1+√7)/2.
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