为什么我们这么喜欢“手拉手”数学模型

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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