巧用比例性質,解證比例線段
江蘇省東臺中學實驗初中 周禮寅
比例的三條性質,是相似形中證明比例線段問題的基本依據,若能靈活加以應用,則可減少思維障礙,迅速打開解題突破口。
1 巧用基本性質
“三點形法”是證明線段等積的最常用也是最有效的方法。它是根據比例的基本性質,將等積式轉化為比例式,找出其中包含的幾個字母,是否存在可由“三點”定出的兩個相似三角形。
例1、如圖1,在Rt△ABC中,∠BAC=
,AB=AC,D為BC中點,E為AC上一點,點G在BE上,連結DG并延長交AE于F,若∠FGE=
,(1)求證:BD·BC=BG·BE;(2)求證:AG⊥BE;(3)若E為AC的中點,求EF∶FD的值。

分析:(1)將待證的等積式化為比例式:
,橫看:比例式的兩個分子為B、D、E三點,兩個分母為B、G、C三點,均不能構成相似三角形;豎看:比例式左端BD、BG構成△BDG,右端BE、BC構成△BEC,依“三點形法”只需證△BDG∽△BEC;(2)、(3)分析略。
在運用“三點形法”時,首先要化等積式為比例式,然后再橫看看、豎看看,找到相似三角形進而證明。但有時將等積式化為比例式后無法再用“三點形法”,此時還需運用以下三種常用的轉化方法進行證明:
1.1 等線段轉化法
例2、如圖2,△ABC中,AB=AC,AD是中線,P為AD上一點,過點C作CF∥AB,延長BP交AC于E,交CF于F,求證:
=PE·PF

分析:線段BP、PE、PF在同一條直線BE上,無法用相似三角形來證明。連結PC,可得BP=PC,故可用PC來替換BP。
證明:連結PC,
∵△ABC中,AB=AC,AD是中線
∴AP平分∠BAC ,∠BAP=∠CAP
∴△BAP≌△CAP,
∴BP=CP,∠ABP=∠ACP
又∵CF∥AB
∴∠ABP=∠F
∴∠ACP=∠F
∴△PCF∽△PEC
∴
,
=PE·PF
而 BP=CP
∴
=PE·PF
將某線段用與其相等的線段替換,以便能構成相似三角形,這是證明線段比例式和等積式的基本方法之一。
1.2 等積轉化法
例3、如圖3,在△ABC中,AD⊥BC于D,DE⊥AB于E,DF⊥AC于F,求證:AE·AB=AF·AC

分析:待證結論中的線段雖然能構成△ABC與△AEF,但不能找到相似條件。注意到題目中的垂直關系較多,聯系課本中的“母子相似形”這一基本圖形的有關結論,可將待證結論轉化。
證明:
∵AD⊥BC, DE⊥AB
∴Rt△ADB∽Rt△AED
∴
,
=AB·AE
同理,
=AF·AC
∴AE·AB=AF·AC
“母子相似形”這一基本圖形是教材中的例題,它的基本結論有如下幾個:如圖,在Rt△ABC中CD⊥AB于D,則有

① △ABC∽△ACD∽△CBD
②
=BD·AD,
=AD·AB,
=BD·AB
③ CD·AB= BC·AC
要特別注意這些結論的靈活運用。
1.3 等比轉化法
例4、已知如圖4,CD是Rt△ABC斜邊AB上的高,E為BC的中點,ED的延長線交CA于F,求證:AC∶BC=DF∶CF


分析:將結論改寫為:
,橫看,分子不能構成兩個三角形;豎看,雖依“三點形法”有△ABC與△DCF,但它們顯然不相似,只能另尋突破口。注意到“母子相似形”這一重要的基本圖形,有
,故只需證
,即證△FDC∽△FAD。
證明:∵在Rt△ABC中,CD⊥AB
∴∠B=∠ACD,
∵△ACD∽△CBD
∴
又∵E為Rt△CDB中BC的中點
∴DE=BE=CE,∠B=∠EDB=∠ADF
∴△FDC∽△FAD
∴
∴
即AC∶BC=DF∶CF
以上幾種方法都是利用比例的基本性質對待證結論進行的等價轉化,這種轉化是相似形中最常用的一種變形。
2 巧用合比性質
當待證結論經轉化后,其形式與合比性質相似,這時應再次運用合比性質將結論進一步轉化,直至找到相似三角形。
例5、已知如圖5,在△ABC中,AD為∠BAC的角平分線,EF是AD的垂直平分線且交AB于E,交BC的延長線于F,求證:DC·DF=BD·CF


分析:欲證:DC·DF=BD·CF
即證:
即證:
若連結AF,則AF=DF
故即證:
只需證△FAB∽△FCA
證明:
連結AF,則AF=DF,∠FAD=∠FDA
∵AD平分∠BAC
∴∠BAD=∠CAD
又∵∠FAD=∠CAD+∠CAF,∠FDA=∠B+∠BAD
∴∠B=∠CAF
∴△FAB∽△FCA,以下證明略。
3 巧用等比性質
例6、如圖6,I是△ABC三個內角平分線的交點,AI交對邊于D,求證:


分析:觀察等式右邊,可用合比性質或等比性質轉化。但若用合比性質進行轉化,左邊不易轉化,故考慮用等比性質轉化待證結論。
欲證:
即證:
由于BI、CI分別平分∠ABC、∠ACB,
故有:
由等比性質,得證。
注:本題證明過程中應用了角平分線的性質,即如圖7,若AD平分∠BAC,則


相似三角形中比例線段的證明方法很多,也很靈活。我們只有在平時學習中主動探究,合作交流,注重總結,舉一反三,這樣才能真正做數學學習的主人。
比例的三條性質,是相似形中證明比例線段問題的基本依據,若能靈活加以應用,則可減少思維障礙,迅速打開解題突破口。
1 巧用基本性質
“三點形法”是證明線段等積的最常用也是最有效的方法。它是根據比例的基本性質,將等積式轉化為比例式,找出其中包含的幾個字母,是否存在可由“三點”定出的兩個相似三角形。
例1、如圖1,在Rt△ABC中,∠BAC=

分析:(1)將待證的等積式化為比例式:
在運用“三點形法”時,首先要化等積式為比例式,然后再橫看看、豎看看,找到相似三角形進而證明。但有時將等積式化為比例式后無法再用“三點形法”,此時還需運用以下三種常用的轉化方法進行證明:
1.1 等線段轉化法
例2、如圖2,△ABC中,AB=AC,AD是中線,P為AD上一點,過點C作CF∥AB,延長BP交AC于E,交CF于F,求證:

分析:線段BP、PE、PF在同一條直線BE上,無法用相似三角形來證明。連結PC,可得BP=PC,故可用PC來替換BP。
證明:連結PC,
∵△ABC中,AB=AC,AD是中線
∴AP平分∠BAC ,∠BAP=∠CAP
∴△BAP≌△CAP,
∴BP=CP,∠ABP=∠ACP
又∵CF∥AB
∴∠ABP=∠F
∴∠ACP=∠F
∴△PCF∽△PEC
∴
而 BP=CP
∴
將某線段用與其相等的線段替換,以便能構成相似三角形,這是證明線段比例式和等積式的基本方法之一。
1.2 等積轉化法
例3、如圖3,在△ABC中,AD⊥BC于D,DE⊥AB于E,DF⊥AC于F,求證:AE·AB=AF·AC

分析:待證結論中的線段雖然能構成△ABC與△AEF,但不能找到相似條件。注意到題目中的垂直關系較多,聯系課本中的“母子相似形”這一基本圖形的有關結論,可將待證結論轉化。
證明:
∵AD⊥BC, DE⊥AB
∴Rt△ADB∽Rt△AED
∴
同理,
∴AE·AB=AF·AC
“母子相似形”這一基本圖形是教材中的例題,它的基本結論有如下幾個:如圖,在Rt△ABC中CD⊥AB于D,則有

① △ABC∽△ACD∽△CBD
②
③ CD·AB= BC·AC
要特別注意這些結論的靈活運用。
1.3 等比轉化法
例4、已知如圖4,CD是Rt△ABC斜邊AB上的高,E為BC的中點,ED的延長線交CA于F,求證:AC∶BC=DF∶CF


分析:將結論改寫為:
證明:∵在Rt△ABC中,CD⊥AB
∴∠B=∠ACD,
∵△ACD∽△CBD
∴
又∵E為Rt△CDB中BC的中點
∴DE=BE=CE,∠B=∠EDB=∠ADF
∴△FDC∽△FAD
∴
∴
以上幾種方法都是利用比例的基本性質對待證結論進行的等價轉化,這種轉化是相似形中最常用的一種變形。
2 巧用合比性質
當待證結論經轉化后,其形式與合比性質相似,這時應再次運用合比性質將結論進一步轉化,直至找到相似三角形。
例5、已知如圖5,在△ABC中,AD為∠BAC的角平分線,EF是AD的垂直平分線且交AB于E,交BC的延長線于F,求證:DC·DF=BD·CF


分析:欲證:DC·DF=BD·CF
即證:
即證:
若連結AF,則AF=DF
故即證:
只需證△FAB∽△FCA
證明:
連結AF,則AF=DF,∠FAD=∠FDA
∵AD平分∠BAC
∴∠BAD=∠CAD
又∵∠FAD=∠CAD+∠CAF,∠FDA=∠B+∠BAD
∴∠B=∠CAF
∴△FAB∽△FCA,以下證明略。
3 巧用等比性質
例6、如圖6,I是△ABC三個內角平分線的交點,AI交對邊于D,求證:


分析:觀察等式右邊,可用合比性質或等比性質轉化。但若用合比性質進行轉化,左邊不易轉化,故考慮用等比性質轉化待證結論。
欲證:
即證:
由于BI、CI分別平分∠ABC、∠ACB,
故有:
由等比性質,得證。
注:本題證明過程中應用了角平分線的性質,即如圖7,若AD平分∠BAC,則


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