北京市数学竞赛题,典型的几何类一题多解,拓展思路
如图,在正方形ABCD中,E、F分别是AD、DC的中点,连接CF,BE交于点P,连接AP,求证AP=AB。
[思路导航]根据条件中的正方形和中点
易得△BCE≌△CDF(SAS)
BE⊥CF(因为篇幅较长不证明)
由条件或问题出发在初中阶段可以有多重不同思路
方法一、AB是正方形的边,构造全等三角形,利用等量代换解决,因为F是中点,所以考虑取BC的中点
证明:取BC中点Q,连接QF,PQ
则FQ//AB,FQ=AB
∵PQ是Rt△BPC的中线
∴PQ=BC/2=BQ=AF
∴∠QPB=∠QBP=∠CFQ
∵∠BPF=∠AFQ=90o
∴∠QPF=∠AFP
在△AFP与△QPF中
AF=QP,∠AFP=∠FPQ,FP=PF
∴△AFP≌△QPF(SAS)
∴AP=FQ
∴AP=AB
方法二、由问题出发,A应是PB垂直平分线上的点,所以考虑去证明
证明:取BC中点G,连接AG交PB于H
∵F、G是AD、BC的中点
∴AF=GC、AF//GC
∴AGCF是平行四边形
∴AH//CF ,H是PB的中点
又∵BE⊥CF
∴BE⊥AH
∴AH是PB的垂直平分线
∴AP=AB
方法三、由∠BPF是直角,F是中点,构造直角三角形求解,类似三角形的倍长中线法。
证明:延长CF至H,使FH=CF,连接HA
结合正方形及相关中点易得
△CDF≌△HAF(SAS)
∴HA=DC=AB,
∴∠HAF=∠CDF=90o
∴∠HAB=180o,H,A,B共线
∴点A是Rt△BPH斜边的中点
∴AP=AB
此法也可以从所求出发以A为圆心AB为半径作圆,相关线段延长后相交去逆向考虑,如下图
方法四、考虑利用正方形的边长相等及给的中点,用解析法也比较方便
证明:以A为原点建立坐标系,设正方形边长为2a,则各点坐标如下
B(2a,0),C(2a,2a),E(a,2a),F(0,a)
根据点坐标得出直线BE与CF的解析式
再根据解析式得交点P坐标(6a/5,8a/5)
利用距离公式可得出
AP=2a
∴AP=AB
方法五、因为四边形ABPF内对角互补,所以利用四点共圆,辅助求解
证明:连接BF,
易得△ABF≌△CBE(SAS)
∴∠ABF=∠CBE(i)
又∵BP ⊥ FC
∴∠BAF+∠BPF=180o
∴A、B、P、F四点共圆
∴∠APF=∠ABF(ii)
∴∠APF=∠CBE
∴∠APB=∠ABP
∴AB=AP
小结:本题难度适中,从不同角度去分析可得多种求解方法,三角形、四边形和圆其实常常有联系,可以多往这方面考虑,解析法在初中阶段不常用,但也可以多加使用。
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