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【中考專題】「雞爪」模型—構造手拉手旋轉

2023年09月10日

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註:以下本文授權轉改自微信公眾號「廣州新東方優能中學」.
模型提出
我們知道在直角三角形ABC中,若∠C=90°,則有c²=a²+b²,這裡符合勾股定理公式的前提是:三條線段在一個直角三角形中。大家有沒有遇到這樣的題呢?比如:
如圖,點P在正三角形ABC中,∠APB=150°,求證PA²+PB²=PC²
或者再比如:
如圖,點P在正三角形ABC外,∠APC=30°,求證PB²=PA²+PC²
三條線段並不在一個直角三角形中,怎麼證勾股關係呢?
我們觀察發現三條線段不是隨意的,而是共頂點的。往往是這樣:
或者這樣
哈哈,是不是長得很像?
三腳架?
V.S.
是不是也很像我們愛吃的雞爪呢?
於是我們常常把這樣一個頂點引出的三條線段叫做「雞爪型」線段。
解法探究
接下來問題來了,怎樣解決三條線段不在同一直角三角形的問題?
那當然是要對線段進行位置變換了。
我們初中階段一共是有三種位置變換:平移、旋轉、翻折(對稱)。
這裡我們用的是旋轉思想。
平移和對稱我們已經學過,旋轉在初中是放在九年級上冊(第23章)的,但我們小學和初中教材的編排是螺旋式的深入的,其實旋轉在小學就有學過,包括旋轉的三個要素:繞哪轉(旋轉中心),順時針轉還是逆時針轉(旋轉方向),轉多少度(旋轉角)。
初二上我們其實接觸過一類旋轉式的全等:
哈哈,記起來了嗎?這不就是我們前文講過的手拉手模型嗎?它們的全等都叫旋轉式全等。關於手拉手模型可看以下文章:
【中考專題】手拉手模型(一)—等腰旋轉,全等出現
【中考專題】手拉手模型(二)—旋縮變換,相似成雙
特徵是:兩個頂角相等的等腰三角形共點旋轉
核心是:①兩組相等的線段(兩組手)、②兩組手的夾角一樣
全等類手拉手模型,簡圖如下:
那麼如果我們給出三條手,你能畫出第四條嗎?
①找兩條大手(紅色的)及大手的夾角,
②利用大手的夾角就是小手的夾角確定第四條手;
所以大家畫的是不是這樣:
或者
實戰中我們往往是兩步:先找到前兩條手(等腰的兩腰),再找第三條手,根據夾角相等的原則畫第四條手。
實戰應用
我們來看一下如何應用吧!
例1:
如圖,點P在正三角形ABC中,∠APB=150°,求證PA²+PB²=PC².
PA,PB,PC,確認過眼神,這是我們要找的雞爪型
來吧:
Step1:找頂點,找兩腰
本題A、B、C都可以當等腰的頂點,這裡舉例A作頂點,則兩腰為AB和AC
Step2:找第三條手畫第四條手
我們知道四條手是共點的,那自然AP就是我們的第三條手,再按照我們上面的方法就可以畫出第四條手
當然這裡往左邊也可以啦
Step3:大拉小,連等腰(連PD)
書面作答描述:
解:將△ABP饒點A逆時針方向旋轉60°至三角型ACD位置,
則△ABP≌△△ADC,
則∠BAP=∠CAD,PA=DA,DC=PB
∠PAC+∠CAD=∠BAP+∠PAC=60°
∴△APD為等邊三角形
∴PA=PD
∠PDC=∠ADC-∠ADP=150°-60°=90°
即三角形PDC為直角三角形(核心所在!)
∴PD²+CD²=PC²
即PA²+PB²=PC².
怎麼樣,方法是不是很炫酷呢?
當然我們說過,這題A、B、C都可以當頂點,而且可以左旋可以右旋,所以這題一共有六種旋轉方法,學霸們可以都試一下的~
總結一下:
在識別出我們的雞爪圖後,我們三步法
1、找頂點、找兩腰
2、找第三條手,畫第四條手
3、大拉小,連等腰
最最最最重要的,連完後往往還會有直角三角形出現,也就出現了我們的勾股關係;
來道變式檢測大家是否掌握完全。
變式1:
如圖,點P在正三角形ABC外,∠APC=30°,求證:PB²=PA²+PC².
先識別:PB,PA,PC共頂點的三條線段,就是雞爪,接下來就三步走啦!
這裡過程就不詳寫啦,和前面那題差不多,可以證∠DPC=90°;
DP²+PC²=DC²,即PA²+PC²=PB².
變式2
如圖,點P在等腰直角三角形ABC中, ∠APB=135°,求證2PA²+PB²=PC².
思考:結論和之前有何不同?為什麼會多一個2,不妨先變換線段位置再看看吧!
確認過眼神,你就是我要找的爪~,看我的三步法
注意:
這題有些不一樣:PD²=PA²+DA²,PB²=DC²,∠PDC=∠ADC-∠ADP=135°-45°=90°
∴PD²+CD²=PC²
即2PA²+PB²=PC²
變式3
如右圖,點P在等腰直角三角形ABC外, ∠APC=45°,求證2PA²+PC²=PB².
思考一下哦!
確認過眼神,你就是我要找的爪~,看我的三步法
變式4
如右圖,點P在等腰直角三角形ABC斜邊BC上,求證2PA²=PC²+PB².
過程還是基本同上哦,這裡就不細寫啦!
最後留一道廣州中考題給大家思考啦
真題實戰
(2018年廣州中考·25)
如圖12,在四邊形ABCD中,∠B=60°,∠D=30°,AB=BC.
連接BD,探究AD,BD,CD三者之間的數量關係,並說明理由;
思考片刻,先不要往下看哦~
思考中
……
我們來對一下答案吧
和我們變式1是不是一樣一樣呢?
另外,2016年廣州中考最後一題最後一問也是可以用我們的三步法秒殺的,這裡楊老師就先不展開了
末尾,我們再總結一下今日所學:
【模型特徵】:雞爪型
【操作三部曲】:
找頂點,找兩腰
找第三條手,畫第四條手
大拉小,連等腰
【核心結論】:
連完輔助線往往會產生新的直角三角形、等邊三角形等。

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