在数学中找乐趣―几何变换法

几何变换法

在数学问题的研究中,常常运用变换法,把复杂性问题转化为简单性的问题而得到解决。所谓变换是一个集合的任一元素到同一集合的元素的一个一一映射。中学数学中所涉及的变换主要是初等变换。有一些看来很难甚至于无法下手的习题,可以借助几何变换法,化繁为简,化难为易。另一方面,也可将变换的观点渗透到中学数学教学中。将图形从相等静止条件下的研究和运动中的研究结合起来,有利于对图形本质的认识。

几何变换包括:(1)平移;(2)旋转;(3)对称。

例题:

1. 平移变换 把图形中的某一个线段或者一个角移动到一个新的位置,使图形中分散的条件紧密地结合到一起。

一般有2种方法:

1.平移已知条件

2.平移所求问题,把所求问题转化,其实就是逆向证明。几何题多数都是逆向思考的。

例 :在三角形ABC中,BD=CE,求证:AB+AC大于AD+AE。这是典型的平移条件问题。

在数学中找乐趣―几何变换法


【解】我们把三角形AEC平移到如图所示的FBD位置。这里用了BD=EC的条件 。设AB与FD交于P

这样,容易构造两个全等的三角形 AEC,FBD 由于

PA+PD大于 AD

PF+PB大于 BF

两式相加 PA+PB+PD+PF大于AD+BF

又因为BF= AE,AC= FD

所以AB+AC大于AD+AE

2.旋转变换 把平面图形绕旋转中心,旋转一个定角,使分散的条件集中在一起.

例:如图,等腰直角三角形ABC中,AB=AC,∠A=90,M,N为斜边BC上两点且∠MAN=45,求证:BM^2+CN^2=MN^2

在数学中找乐趣―几何变换法


【解】要证BM^2+CN^2=MN^2,容易想到勾股定理.但是BM,CN,MN都不在同一个三角形上,所以,我们就设法将BM,CN,MN移到同一三角形上。考虑到△ABC是等腰三角形,且是直角三角形,将△ABM绕点A逆时针旋转90.使AB与AC重合.得到△ACD ,则△NCD为直角三角形

只需证明MN=ND即可

因为∠MAN=45,所以∠BAM+∠NAC=45 ,即∠NAD=45

又因为AM=AD

所以△AND≌△AMN

所以MN=ND,在直角△NDC中,有ND^2=NC^2+DC^2,所以BM^2+CN^2=MN^2

3.对称变换 通过作关于某一直线或一点的对称图,把图形中的图形对称到另一个位置上,使分散的条件集中在一起。

当出现以下两种情况时,经常考虑用此变换:1.出现了明显的轴对称、中心对称条件时。2.出现了明显的垂线条件时。

例△ABC中,∠BAC=90, △ACD为等边三角形,已知∠DBC=2∠DBA,求∠DBA。

在数学中找乐趣―几何变换法


【解】由对称可知,△BAE全等于△BAD ,DE⊥AB,

所以BE=BD,AE=AD, ∠ABE=∠ABD

因为∠DBC=2∠DBA 所以∠DBC=∠DBE

在BC上取点F,使BF=BE

又因为∠BAC=90 ,DE⊥AB

所以DE∥BC ,∠ADE=∠DAC=60

所以ADE是等边三角形

DE=AD=DC

因为EF关于BD对称

所以DF=DE=DC ,BF=BE=BD,

设∠DBA=a 则∠DBF=2a

因为BF=BD,所以∠BFD=(180-2a)/2=90-a

由于DF=DC ,所以∠DCF=90-a

∠ACB=180-60-(90-a)=30+a

因为∠ABC+∠ACB=90,即 a+2a+30+a=90 ,a=15

所以∠DBA=a=15


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