由一副三角板生成的中考数学题赏析

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  摘 要:以三角板为载体,辅之以重叠、平移、旋转等变换手段构造的中考数学题,较好地考查了学生观察、实验、比较、联想、类比、归纳的能力以及运动变化、分类讨论思想等的综合运用能力。我们可以从有关角、线段、操作、面积、函数等分类来进行欣赏。
  关键词:一副三角板 中考数学题 赏析
  三角板是学生最常用的学习工具之一,城乡的学生都在使用。三角形则是初中几何最重要、最基本的知识之一,是学生常见熟悉的几何图形。以三角板作为数学背景的中考试题贴近学生的学习环境,具有公平性,符合新课标“数学课程应致力于实现义务教育阶段的培养目標,体现基础性、普及性和发展性”的理念。以三角板为载体,辅之以重叠、平移、旋转等变换手段构造的问题,蕴含着深厚的数学知识,能为学生提供动手实践操作设计的空间,较好地考查学生观察、实验、比较、联想、类比、归纳的能力以及运动变化、分类讨论思想等的综合运用能力,能较好体现学生分析问题、解决问题的能力,培养学生的探究习惯和创新精神,成为数学中考中一道亮丽的风景。本文就近年来中考试题中以一副三角板为背景材料的题为例,进行了分类赏析。
  一、有关角的问题
  例1.(2012漳州市)将一副直角三角板按如图1所示叠放在一起,则图中∠α的度数是( )。
  A.45° B.60° C.75° D.90°
  解析:答案C。
  点评:本题考查了三角形的外角性质和直角三角形的性质。在进行图形的有关计算时,要求学生具备基本的转化能力;除了要能运用所学的知识外,还要能从生活中的常见图形捕捉求解信息。
  例2.(2011龙岩市)一副直角三角板叠放如图2所示,现将含45°角的三角板ADE固定不动,把含30°角的三角板ABC绕顶点A顺时针旋转∠α(∠α=∠BAD且0°<α<180°),使两块三角板至少有一组边平行。
  (1)如图①,∠α=______°时,BC∥DE。
  (2)请你分别在图②、图③的指定框内,各画一种符合要求的图形,标出α,并完成各项填空:
  图②中∠α=______°时,______∥______;图③中∠α=_____°时,_____∥_____。
  解析:(1)15;(2)图②中∠α=60°时,BC∥DA,图③中∠α=105°时,BC∥EA。
  点评:本题考察了平行线的性质、旋转角的概念。同样是一副三角板叠放,以独特视角呈现和考查,重视学生的基础知识和动手操作的能力,只要操作演示就可应答。
  二、有关线段的问题
  例3.(2012鄂州市)小明是一位善于思考的学生,在一次数学活动课上,他将一副直角三角板如图3位置摆放,A、B、D在同一直线上,EF∥AD,∠CAB=∠EDF=90°,∠C=45°,∠E=60°,量得DE=8,试求BD的长。
  解析:如图4,过点F作FH⊥AB于点H。在Rt△DEF中,∠EDF=90°,∠E=60°,DE=8,∴∠DFE=30°,DF=DE·tan∠E=8 tan60°=8 3。∵ EF∥AD,∴∠FDH=∠DFE=30°。在Rt△FDH中,FH= DF=4 3,HD=4 3· 3=12。
  又∵∠BHF=90°,∠C=45°,∴HB=FH=4 3。∴BD=HD-HB=12-4 3。
  点评:本题考查了解直角三角形的应用、锐角三角函数定义、特殊角的三角函数值。构造直角三角形解题是本题的亮点。
  例4.(2012年山西省)问题情境:将一副直角三角板(Rt△ABC和Rt△DEF)按图5所示的方式摆放,其中∠ACB=90°,CA=CB,∠FDE=90°,O是AB的中点,点D与点O重合,DF⊥AC于点M,DE⊥BC于点N,试判断线段OM与ON的数量关系,并说明理由。
  探究展示:小宇同学展示出如下正确的解法:
  解:OM=ON,证明如下:连接CO,则CO是AB边上中线。
  ∵CA=CB,∴CO是∠ACB的角平分线。(依据1)
  ∵OM⊥AC,ON⊥BC,∴OM=ON。(依据2)
  反思交流:(1)上述证明过程中的“依据1”和“依据2”分别是指:
  依据1:______。依据2:_____。
  (2)你有与小宇不同的思考方法吗?请写出你的证明过程。
  拓展延伸:(3)将图5中的Rt△DEF沿着射线BA的方向平移至如图6所示的位置,使点D落在BA的延长线上,FD的延长线与CA的延长线垂直相交于点M,BC的延长线与DE垂直相交于点N,连接OM、ON,试判断线段OM、ON的数量关系与位置关系,并写出证明过程。
  解析:(1)解:等腰三角形三线合一(或等腰三角形顶角的平分线、底边上的中线、底边上的高互相重合);角平分线上的点到角的两边距离相等。
  (2)证明:∵CA=CB,∴∠A=∠B。∵O是AB的中点,∴OA=OB。∵DF⊥AC,DE⊥BC,∴∠AMO=∠BNO=90°。∵在△OMA和△ONB中,∠A=∠B,OA=OB,∠AMO=∠BNO,∴△OMA≌△ONB(AAS)。∴OM=ON。
  (3)解:OM=ON,OM⊥ON。理由如下:连接CO,如图7,则CO是AB边上的中线。∵∠ACB=90°,∴OC= AB=OB。
  又∵CA=CB,∴∠CAB=∠B=45∠1=∠2=45°,∠AOC=∠BOC=90°,∴∠2=∠B。∵BN⊥DE,∴∠BND=90°。
  又∵∠B=45°,∴∠3=45°。∴∠3=∠B,∴DN=NB。∵∠ACB=90°,∴∠NCM=90°。
  又∵BN⊥DE,∴∠DNC=90°,∴四边形DMCN是矩形,∴DN=MC,∴MC=NB,∴△MOC≌△NOB(SAS),∴OM=ON,∠MOC=∠NOB。∴∠MOC-∠CON=∠NOB-∠CON,即∠MON=∠BOC=90°。   ∴OM⊥ON。
  点评:本题考查了等腰三角形的性质、角平分线的性质、全等三角形的判定和性质、矩形的判定和性质,综合性较强。两块简单的三角板拼在一起,问题不再简单。
  三、有关面积的问题
  例5.(2010年淄博市)将一副三角尺如图8拼接,含30°角的三角尺(△ABC)的长直角边与含45°角的三角尺(△ACD)的斜边恰好重合。已知AB=2 3,P是AC上的一个动点。
  (1)当点P运动到∠ABC的平分线上时,连接DP,求DP的长。
  (2)当点P在运动过程中出现PD=BC时,求此时∠PDA的度数。
  (3)当点P运动到什么位置时,以D、P、B、Q为顶点的平行四边形的顶点Q恰好在边BC上?求出此时平行四边形DPBQ的面积。
  解析:在Rt△ABC中,AB=2 3,∠BAC=30°,∴BC= 3,AC=3。
  (1)如图9,作DF⊥AC。∵Rt△ACD中,AD=CD,∴DF=AF=CF= 。
  ∵BP平分∠ABC,∴∠PBC=30°,∴CP=BC·tan30°=1,∴PF= 。
  ∴DP= PF2+DF2= 。
  (2)当P点位置如图10所示时,根据(1)中结论,DF= ,∠ADF=45°。
  又PD=BC= 3,∴cos∠PDF= = ,∴∠PDF=30°。
  ∴∠PDA=∠ADF-∠PDF=15°。
  当P点位置如图11所示时,同(2)可得∠PDF=30°;∴∠PDA=∠ADF+∠PDF=75°。
  (3)CP= 。在平行四边形DPBQ中,BC∥DP,∵∠ACB=90°,∴DP⊥AC。根据(1)中结论可知,DP=CP= ,∴S=DP·CP= 。
  点评:本题考查了等腰三角形的性质、解直角三角形的应用、特殊角度三角函数值、平行四边形的判定和性质、分类讨论思想。“在平凡处见真功夫”是本题最大的特点,问题伊始的背景极为简单,但点P在线段AC上运动,使问题多元化而丰富。
  四、有关函数的问题
  例6.(2011年绍兴市)抛物线y=- (x-1)2+3与y轴交于点A,顶点为B,对称轴BC与x轴交于点C。
  (1)如图13,求点A的坐标及线段OC的长。
  (2)点P在抛物线上,直线PQ∥BC交x轴于点Q,连接BQ。
  ①若含45°角的直角三角板如图14所示放置,其中,一个顶点与点C重合,直角顶点D在BQ上,另一个顶点E在PQ上,求直线BQ的函数解析式。
  ②若含30°角的直角三角板一个顶点与点C重合,直角顶点D在直线BQ上,另一个顶点E在PQ上,求点P的坐标。
  解析:(1)把x=0代入抛物线得:y= ,∴点A(0, )。
  抛物线的对称轴为x=1,∴OC=1。
  (2)①如图:B(1,3)。分别过点D作DM⊥x轴于M,DN⊥PQ于点N,∵PQ∥BC,∴∠DMQ=∠DNQ=∠MQN=90°,∴DMQN是矩形。
  ∵△CDE是等腰直角三角形,∴DC=DE,∠CDM=∠EDN。∴△CDM≌△EDN。
  ∴DM=DN,∴DMQN是正方形,∴∠BQC=45°,∴CQ=CB=3,∴Q(4,0)。
  設BQ的解析式为y=kx+b,把B(1,3)、Q(4,0)代入解析式得:k=-1,b=4。
  所以直线BQ的解析式为:y=-x+4。
  ②当点P在对称轴右侧,如图16,过点D作DM⊥x轴于M,DN⊥PQ于N。∵∠CDE=90°,∴∠CDM=∠EDN,∴△CDM∽△EDN,当∠DCE=30°, = = 3。
  又DN=MQ,∴ = 3, ∴ = 3,BC=3,CQ= 3,∴Q(1+ 3,0),∴P1(1+ 3, )。当∠DCE=60°,点P2(1+3 3,- )。
  当点P在对称轴的左边时,由对称性知:P3(1- 3, ),P4(1-3 3,- )。
  综上所述:P1(1+ 3, ),P2(1+3 3,- ),P3(1- 3, ),P4(1-3 3,- )。
  点评:本题考查的是二次函数的综合题:(1)利用抛物线与y轴的交点及对称轴求出点A的坐标和OC的长。(2)①利用三角形全等确定点Q的坐标,求出BQ的解析式;②根据三角形相似求出点Q的坐标,然后确定点P的坐标。
  例7.(2012年南充市)在Rt△POQ中,OP=OQ=4,M是PQ中点,把一三角尺的直角顶点放在点M处,以M为旋转中心旋转三角尺,三角尺的两直角边与△POQ的两直角边分别交于点A、B。
  (1)求证:MA=MB。
  (2)连接AB,探究:在旋转三角尺的过程中,△AOB的周长是否存在最小值?若存在,求出最小值;若不存在,请说明理由。
  解析:(1)证明:连接OM,∵Rt△POQ中OP=OQ=4,M是PQ的中点,∴OM=PM= PQ=2 2,∠POM=∠BOM=∠P=45°。∵∠PMA+∠AMO=∠OMB+∠AMO,∴∠PMA=∠OMB,△PMA≌△OMB。∴MA=MB。
  (2)解:△AOB的周长存在最小值。理由如下:
  ∵△PMA≌△OMB,∴PA=OB,∴OA+OB=OA+
  PA=OP=4。
  令OA=x,AB=y,则y2=x2+(4-x)2=2x2-8x+16=2(x-2)2+8≥8。
  当x=2时,y2有最小值为8,从而y≥2 2。
  故△AOB的周长存在最小值,其最小值是4+2 2。
  点评:该题涉及直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半的性质、全等三角形的判定与性质、勾股定理与二次函数最值的应用,综合运用这些性质进行推理是解题的关键。
  五、有关操作的问题
  例8.(2009年宁德市)在学习“轴对称现象”内容时,王老师让同学们寻找身边的轴对称图形。小明有一副三角尺和一个量角器(如图所示)。
  (1)小明的这三件文具中,可以看做是轴对称图形的是______(填字母代号)。
  (2)请用这三个图形中的两个拼成一个轴对称图案,在答题卡的指定位置画出草图(只需画出一种)。
  (3)小红也有同样的一副三角尺和一个量角器,若他们分别从自己这三件文具中随机取出一件,则可以拼成一个轴对称图案的概率是多少?(请画树状图或列表计算)
  解析:(1)B,C。(2)画图如图18等。
  (3)画树状图如下:
  一共有9种结果,每种结果出现的可能性是相同的。而其中能恰好拼成轴对称图形的结果有五种,分别是(A,A)、(B,B)、(C,C)、(B,C)、(C,B),所以两件文具可以拼成一个轴对称图案的概率是 。
  点评:本题考查了轴对称图形、概率的概念。本题的精彩处是随便拿起身边的学习工具三角板、量角器进行操作就能得出数学知识。这样的考题有利于增强学生的自信心以及从身边去发现数学知识。
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