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压轴题的解题策略初探
——以近几年安徽中考压轴题为例

2023-11-11汪文龙

学苑教育 2023年30期
关键词:压轴中点直角三角形

汪文龙

(安徽省合肥一六八玫瑰园学校东校区,安徽 合肥 230601)

在解题教学特别是压轴题的讲解中,由于个人理解或经验的原因,部分教师只是就题讲题,或者讲解某一类题型的方法。而对压轴题的整体思考策略讲解甚少,系统指导欠缺,导致学生面对陌生的题目或题型不知所措,得分较低。笔者以近几年安徽中考部分压轴题为例,在分析解法的基础上,系统探究压轴题的解题策略。

一、巧用模型,熟悉知识联结点

在平时的解题过程中,我们几乎不可能想出一道全新的题目,它和以前解过的题目既不相像,又无联系。因此我们需要注意积累常见模型和基本解题方法。比如在近几年安徽中考题中常见到的“隐圆问题”“旋转模型”“最值问题”等。掌握基本模型的图形特征以及解决方法,将大大提高我们的解题效率。

(一)巧用模型

下面以2016 年安徽中考选择压轴题第10 题为例,讲解“隐圆问题”的本质及其应用。

题目:如图1-1,Rt△ABC 中,AB⊥BC,AB=6,BC=4。P 是△ABC 内部的一个动点,且满足∠PAB=∠PBC。则线段CP长的最小值为( )。

图1-1

分析:由条件∠PAB=∠PBC 及AB⊥BC 可知∠APB 为直角,这是“隐圆问题”的特征之一。由直径所对的圆周角是直角可知,点P 在以线段AB 为直径的圆上,又因为P 是△ABC 内部的一个动点,所以点P 为劣弧BD 上一动点(如图1-2)。此题转化为点C 到劣弧BD 上点的距离的最小值,即点到圆的最值问题。连接圆心O 和点C 交⊙于点P1,则CP1的长度即为所求线段CP 的最小值(如图1-3)。

图1-2

图1-3

本题归为“隐圆问题”的依据是,动点作为顶点的一个角为直角。理由是,在圆中,直径所对的圆周角是直角。除此以外,还有其他条件也是“隐圆”的特征,限于篇幅,本文仅给出以下两个:

1.若从一个顶点O 出发的两条线段相等,则这两条线段的另外两个端点在以O 为圆心,以线段长为半径的圆上。理由是同圆中,半径相等。

2.若凸四边形的一组对角互补,则该四边形的四个顶点共圆。理由是,圆内接四边形的对角互补。

根据以上特征,可以把所求问题转化为与圆有关的问题进行解决。大大降低了解题难度。

(二)熟悉知识联结点

不过,对于灵活多变的题目,一些基本模型还远远不够,特别是对于图形比较复杂、不易看出其中隐含的基本模型的问题。因此,在解题时应排除无关干扰,抽离出简单模型。这就需要我们在平时的学习和解题过程中,熟悉各知识点之间的联系,而这也是解题的关键。

中考压轴题考查得比较灵活,究其原因,在于知识点之间的联系比较多且密切,学生不易想到。而这其中,重点知识又起着举足轻重的作用。比如中点可以与平行、等腰三角形、直角三角形、角平分线等结合在一起。这些重点知识将不同的知识点联系在一起,导致考查角度非常灵活,难度增加,方法也变得多样。

下面以2014 年安徽中考填空压轴题第14 题为例,详细讲述知识点之间的联系在解题中的应用。

题目:如图2-1,在平行四边形ABCD中,AD=2AB,F 是AD 的中点,作CE⊥AB,垂足E 在线段AB 上,连接EF、CF,则下列结论中一定成立的是________(把所有正确结论的序号都填在横线上)

图2-1

分析:本题的难点在于辅助线的添加不知从何而想。如果熟悉了中点与其他知识点之间的联系,辅助线的添加将迎刃而解。与中点这一知识点有关的考查方式有以下几个:

1.中点+ 中点:考查中位线;

2.中点+ 直角:考查直角三角形斜边上的中线的性质;

3.中点+ 等腰三角形:考查等腰三角形三线合一的性质;

4. 中点+ 平行:考查中位线或考查“X”型全等。

题目中的结论①较简单,这里不再赘述。

由AB∥CD 以及中点F,符合上述4第二小点,可以联想出补全“X”型全等,即分别延长EF 和CD 交于点G(如图2-2)。此时由全等得EF=FG,即点F 是EG 的中点,然后在Rt△ECG 中解题。

图2-2

而由平行及CE⊥AB 可知,∠ECD=90°,由中点F 以及∠ECD=90°,符合上述2,也可以联想出补全直角三角形ECG(添加辅助线同上),利用直角三角形斜边上的中线的性质可知EF=CF。

以上两点均可提示我们作出辅助线证明结论②。

对于结论③,因为考查面积的关系,且两三角形有公共边EC,则可以想到过点F 作FP⊥EC 于点P,再由条件可知FP∥CG。由点F 是EG 的中点以及FP∥CG,符合上述(4)第一小点,得出又CG≠BE,可知结论③不对。

结论④可由①②推导出。

由以上分析可知,本题的突破口是中点及其他知识点之间的联系。而整个解题过程也都围绕着中点这一知识点。因此,熟知一些重要的知识点以及它与其他知识点之间的联系,对于我们找到“突破口”至关重要。

二、重视联系,深挖方法延续点

对于安徽中考试卷中的最后一题压轴题,一般都有两到三个小问题。这些问题串之间,除了难度递增,还有更为重要的联系。比如,前面几问的结论或者解题思路,在解决后面的问题时常常用到;将方法特殊化、一般化,可以处理后面的问题;前面几问中,看似不重要的一些推论,在解决问题时往往也能起到关键的作用。因此,重视问题串之间的内在联系,深挖方法之间的延续点,将为我们解决最后一问,提供重要的线索。

下面以安徽中考2018 年压轴题的第23 题为例,具体阐述各小问之间的联系在解决难题中的表现。

题目:如图3-1,在Rt△ABC 中,∠ACB=90°,点D 是AC 上的一点,点M平分线段BD,作DE⊥AB 于点E,CM 的延长线交边AB 于点F。

图3-1

1.求证:CM=EM;

2.如果∠BAC=50°,求∠EMF 的大小;

3.如图3-2,如果△DAE≌△CEM,且点N 平分线段CM,求证:AN∥EM。

图3-2

分析:第1 问利用直角三角形斜边上的中线的性质得出CM=EM=DM=BM。第2 问利用1 的结论,再利用等边对等角得出角的关系,最后通过外角和邻补角知识计算求出∠EMF 的大小。

第3 问难度较大,由条件△DAE≌△CEM 以及第1 问结论CM=EM=DM=BM 可以推导出△AED 和△CME 均为等腰直角三角形,△DEM 为等边三角形。但点N 为CM 的中点这一条件不知怎么使用。不过,我们由第2 问的解答方法可以得出以下两种不同的思路:

第一种:类比第2 问的解题方法,我们可以求出∠EMF=90°,若要证AN∥EM,则需证∠ANM=90°,即AN⊥CM,又点N为CM 的中点,此时只需证AN 是线段CM的中垂线即可。根据常用方法,连接AM(如图3-3),只需证AC=AM 即可。

图3-3

根据第2 问及前面的思考过程,我们一直在利用角的计算推导,所以此时很容易想到,通过证∠ACM= ∠AMC 求出AC=AM,由前面可得AE=EM=CM=BM,∠EBM=∠MEB=180°-∠AED-∠DEM=30°,由AE=ME,得∠AME=15°,∠CBM=∠ABC-∠EBM=15°。由CM=BM 得∠CBM=∠BCM=15°,又∠ACB=∠EMC=90°,所以∠ACM=∠AMC,得证。

第二种:第2 问是利用角的计算推导得出,类比之,第3 问能否利用线段的计算推导呢?因为由前面的推导我们已经得出了大量的相等线段,此时点N 为CM 的中点这一条件或许可以用上。假设CN=MN=x,我们得出CM=EM=AE=2x,由∠MEF=30°,可知通过计算可得又∠AFC 为公共角,所以△EFM∽△AFN,所以∠ANF=∠EMF,所以AN∥EM,得证。

《义务教育数学课程标准(2022 年版)》指出,归纳概括得到的猜想和规律并加以验证是创新的重要方法。其中,类比是发现规律很常见的方法。由以上分析可知,两种思路的获得都与前两问的结论和方法密不可分,特别是第2 问思路的延续和类比,至关重要。

三、大胆猜想,关注条件特殊点

人们常说,仰望星空和脚踏实地同样重要。在数学解题中,猜想和验证亦是如此。在讨论数学问题时,特殊化比一般化起着更为重要的作用。大多时候,我们没有寻找到一个问题的答案的原因,就在于这样的事实。对于毫无头绪的题目,可以根据题中的特殊条件进行猜想,我们也可以把这称为几何直观,这本身也是新课标考查的核心素养之一,然后再通过演算或推理来验证它的正确性。在解题过程中,猜想能为我们解题活动的开展指明方向,而演算和推理则可以使猜想落地生根,变得有意义。猜想要敢想,大胆猜想。而演算则需真算,小心求证。

对于中考压轴题而言,重点知识可以将不同的知识点联系起来,增加灵活性,而特殊条件则可以提高知识点考查的深度,同样可以提高试题的质量。而这些特殊的条件,则往往是我们猜想的巨大源泉。

下面以2016 年安徽中考压轴题第23 题为例进行阐述。

题目:如图4-1,A,B 分别在射线OM,ON 上,且∠MON 为钝角,现以线段OA,OB 为斜边向∠MON 的外侧作等腰直角三角形,分别是△OAP,△OBQ,点C,D,E 分别是OA,OB,AB 的中点。

图4-1

1.求证:△PCE≌△EDQ;

2.延长PC,QD 交于点R。

①如图4-2,若∠MON=150°,求证:△ABR 为等边三角形;

图4-2

图4-3

分析:第1 题利用中点及相关的性质即可解决,此处不赘述。第2 题的①问根据中垂线的一般思路,连接OR(如图4-2),得AR=OR=BR,在四边形CODR中,由∠MON=150°得∠CRD=30°,所以∠ARB=60°,得证。

第2 题的②问中,一般初中阶段所求的角都是特殊角,比如30°,45°,60°,90°等。因为∠MON 为钝角,且由图点P,O,N三点很像共线,因此猜测∠MON=135°。跟45°有关的线段比值为则猜想若∠MON=135°,由第2 题的①问思路可得∠ARB=∠PEQ=90°。此时,我们只需证∠PEQ=90°即可。由第1 题问可知DE∥OA,则∠CED=∠ACE,又由△PCE≌△EDQ 可知,∠DEQ =∠CPE。所以∠PEQ=∠CED-∠CEP-∠DEQ=∠ACE-∠CEP- ∠CPE= ∠ACE- ∠RCE=90°,再由第2 题的①问的思路可以得出∠MON=135°得证。因此,点P,O,N 三点共线则

通过以上分析,我们不难发现,猜想出∠MON=135°是本题的一个突破口。虽然在求证∠PEQ=90°时仍有难度,但却为我们指明了思考方向。当然,大胆猜想不一定都对,而猜想的这一特点更能体现出小心求证的重大作用。当然,有效地应用合情推理是一种实际技能,并且像任何其他实际技能一样,要通过模仿和练习来学会它。

四、结语

巧用数学模型,让我们知道如何解决一般的压轴题;掌握重点知识点,让我们了解了题目的变化方式;而关注特殊条件,则能让我们的思维插上想象的翅膀,找到问题解决的关键点。需要指出的是,压轴题考查的是学生的综合能力。因此,各种策略的使用不是孤立的,而应是相互配合,你中有我的关系。同时,面对难度很大的压轴题时,敢于尝试的勇气和解决难题的“渴望”心态也常常会带来很大的惊喜。

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