几何变换的竞赛例题剖析

如题所述

第1个回答  2016-05-24

【例1】P是平行四边形ABCD内一点,且∠PAB=∠PCB。
求证:∠PBA=∠PDA。
【分析】作变换△ABP△DCP’,
则△ABP≌△DCP‘,∠1=∠5,∠3=∠6。由PP’ADBC,ADPP‘、PP’CB都是平行四边形,知∠2=∠8,∠4=∠7。由已知∠1=∠2,得∠5=∠8。
∴P、D、P‘、C四点共圆。故∠6=∠7,即∠3=∠4。【例2】“风平三角形”中,AA’=BB‘=CC’=2,∠AOB‘=∠BOC’=60°。
求证:S△AOB‘+S△BOC’+S△COA‘<。
【分析】作变换△A’OC△AQR‘,△BOC’△B‘PR’‘,则R’、R‘’重合,记为R。P、R、Q共线,O、A、Q共线,O、B‘、P共线,△OPQ为等边三角形。
∴S△AOB’+S△BOC‘+S△COA’<S△OPQ=
【例3】在两条对角线长度以及夹角一定的所有凸四边形中,试求周长最小的四边形。
【分析】取AC、BD的中点E、F,令ACA‘C’,则A‘BC’D是一个符合条件的平行四边形。延长AF、CC‘交于G。
∵E是AC的中点且EF∥CC’,FC‘∥EC,∴F、C’分别为AG、CG的中点。
∴AD+BC=BG+BC≥2BC‘=A’D+BC‘。
同理可得AB+DC≥A’B+DC‘。
故当四边形为平行四边形时,周长最小。
【评注】当已知条件分散,尤其是相等的条件分散,而又不容易找出证明途径,或题目中有平行条件时,将图形的某一部分施行平移变换,常常十分凑效。
【例4】P是⊙O的弦AB的中点,过P点引⊙O的两弦CD、EF,连结DE交AB于M,连结CF交AB于N。求证:MP=NP。(蝴蝶定理)
【分析】设GH为过P的直径,FF’F,显然‘∈⊙O。又P∈GH,∴PF’=PF。∵PFPF‘,PAPB,∴∠FPN=∠F’PM,PF=PF‘。
又FF’⊥GH,AN⊥GH,∴FF‘∥AB。∴∠F’PM+∠MDF‘=∠FPN+∠EDF’
=∠EFF‘+∠EDF’=180°,∴P、M、D、F‘四点共圆。∴∠PF’M=∠PDE=∠PFN。
∴△PFN≌△PF‘M,PN=PM。
【评注】一般结论为:已知半径为R的⊙O内一弦AB上的一点P,过P作两条相交弦CD、EF,连CF、ED交AB于M、N,已知OP=r,P到AB中点的距离为a,则。(解析法证明:利用二次曲线系知识)
【例5】⊙O是给定锐角∠ACB内一个定圆,试在⊙O及射线CA、CB上各求一点P、Q、R,使得△PQR的周长为最小。
【分析】在圆O上任取一点P0,令P0P1,P0P2,连结P1P2分别交CA、CB于Q1、R1。显然△P0Q1R1是在取定P0的情况下周长最小的三角形。
设P0P1交CA于E,P0P2交CB于F,则P0Q1 +Q1R1 +R1P0= P1P2=2EF。
∵E、C、F、P0四点共圆,CP0是该圆直径,由正弦定理,EF=CP0sin∠ECF。
∴当CP0取最小值时,EF为最小,从而△P0Q1R1的周长为最小,于是有作法:
连结OC,交圆周于P,令PP1,PP2,连结P1P2分别交CA、CB于Q、R。则P、Q、R为所求。
【例6】△ABC中,∠A≥90°,AD⊥BC于D,△PQR是它的任一内接三角形。求证:PQ+QR+RP>2AD。
【分析】设PP’,PP‘’。则RP=RP‘,PQ=P’‘Q,AP=AP’=AP‘’。
∴PQ+QR+RP= P‘’Q+QR+RP‘。
又∠A≥90°,∴∠P’AP+∠P‘’AP=2∠A≥180°,A点在线段P‘P’‘上或在凸四边形P’RQP‘’的内部。∴P‘’Q+QR+RP‘>AP’+AP‘’=2AP>2AD。
∴PQ+QR+RP>2AD。
【评注】如果题设中有角平分线、垂线,或图形是等腰三角形、圆等轴对称图形,可以将图形或其部分进行轴对称变换。此外,也可以适当选择对称轴将一些线段的位置变更,以便于比较它们之间的大小。
【例7】以△ABC的边AB、AC为斜边分别向外作等腰直角三角形APB、AQC,M是BC的中点。求证:MP=MQ,MP⊥MQ。
【分析】延长BP到E,使PE=BP,延长CQ到F, 使QF=CQ,则△BAE、△CAF都是等腰三角形。
显然:EB,CF,∴EC=BF,EC⊥BF。
而PMEC,MQBF,∴MP=MQ,MP⊥MQ。
【例8】已知O是△ABC内一点,∠AOB=∠BOC=∠COA=120°;P是△ABC内任一点,求证:PA+PB+PC≥OA+OB+OC。(O为费马点)
【分析】将CC‘,OO’, PP‘,连结OO’、PP‘。则△B OO’、△B PP‘都是正三角形。
∴OO’=OB,PP‘ =PB。显然△BO’C‘≌△BOC,△BP’C‘≌△BPC。
由于∠BO’C‘=∠BOC=120°=180°-∠BO’O,∴A、O、O‘、C’四点共线。
∴AP+PP‘+P’C‘≥AC’=AO+OO‘+O’C‘,即PA+PB+PC≥OA+OB+OC。
【例9】⊙O与△ABC的三边BC、CA、AB分别交于点A1、A2、B1、B2、C1、C2,过上述六点分别作所在边的垂线a1、a2、b1、b2、,设a1、b2、c1三线相交于一点D。求证:a2、b1、c2三线也相交于一点。
【分析】∵a1、a2关于圆心O成中心对称,
∴a1a2。
同理,b1b2,c1c2。
∴a1、b2、c1的公共点D在变换R(O,180°)下的像D’也是像a2、b1、c2的公共点,即a2、b1、c2三线也相交于一点。
【例10】AD是△ABC的外接圆O的直径,过D作⊙O的切线交BC于P,连结并延长PO分别交AB、AC于M、N。求证:OM=ON。
【分析】过B作MN的平行线,分别交AD、AC于O'、N'
∵M、O、N三点共线,∴B、O‘、N’三点共线,且O’B:OM=O’N’:ON
取BC中点G,连结OG、O‘G、DG、DB。
∵∠OGP=∠ODP=90°,∴P、D、G、O四点共圆。
∴∠ODG=∠OPG,而由MN∥BN’有∠OPG=∠O‘BG,
∴∠ODG=∠O’BG,∴O‘、B、D、G四点共圆。
∴∠O’GB=∠O‘DB。而∠O’DB=∠ACB,∴∠O‘GB=∠ACB,O’G∥AC,
而G是BC的中点,∴O‘是BN’的中点,O‘B= O’ N‘,
∴OM=ON

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