师:坚持努力每一天,线上学习不掉队。同学们好,今天这节课我们继续探究特殊四边形的相关内容。上节课我们梳理了矩形、菱形、正方形这些特殊四边形的定义、性质,它们之间的从属、包含关系以及判定方法,可以从边角途径或对角线途径来判定一个四边形是特殊四边形。希望通过本节课的学习,大家能有以下收获:一、理清四边形、平行四边形、矩形、菱形、正方形的从属包含关系,熟记性质以及判定方法;二、灵活运用特殊四边形的性质解决相关问题,合理选择边角途径或对角线途径,判定一个四边形是特殊四边形;三、利用正三角形和正方形的性质判定三角形全等,得到边角关系。请同学们坐好,准备好学习用具,开始今天的新课。
上节课我们了解了由一般四边形演变为特殊四边形的过程。正方形具有矩形、菱形的所有性质。要判定一个四边形是矩形,可以通过平行四边形的路径,或直接证明有三个角是直角。判定一个四边形是菱形,也可以通过平行四边形的路径,或证明四边都相等。要证明正方形,可以由矩形或菱形判定,或由平行四边形判定得到。学以致用,接下来结合实际问题看一看。
例一,如图,已知锐角三角形ABC中,以AB、AC为边向外作正方形ABDE和正方形ACFG,连接CE、BG,求证EC = BG。要证明EC和BG这两条线段相等,该采用什么方法呢?先看条件,题中四边形ABDE和四边形ACFG都是正方形,可得四条边都相等,四个角都是直角。首先观察边,有AB = AE,AC = AG。发现AB、AG、BG三边构成三角形ABG,AE、AC、EC三边构成三角形AEC。此时可以想到利用三角形全等证明对应边相等。已经有两组对应边相等,第三边是要求证相等的,因此考虑可否利用边角边来证明三角形全等。角EAC和角BAG二者相等吗?在正方形ABDE和正方形ACFG中,AB = AE,AC = AG,且角EAB = 角GAC = 90度。角EAC = 角EAB + 角BAC,角BAG = 角CAG + 角BAC。根据正方形的性质,角EAB = 角GAC = 90度,所以角EAC = 直角 + 角BAC,角BAG也 = 直角 + 角BAC,故可得角EAC = 角BAG。所以三角形EAC全等于三角形BAG,根据这两个三角形全等得出对应边EC = BG。本例中我们利用正方形的性质,边相等、角相等,结合三角形全等的知识证明得出了线段相等的结论。
如果例一中的正方形换成正三角形,结论还成立吗?如图,已知锐角三角形ABC中,以AB、AC为边向外作正三角形ABD、正三角形ACE,连接BE、CD,求证BE = CD。结合例一,我们想到是否还能证明BE和CD两边所在的三角形ABE和三角形ADC全等,不妨试一试。由正三角形ABD、正三角形ACE得出,边AB = AD,AC = AE。AB与AE两边的夹角BAE、AD与AC两边的夹角DAC是否相等呢?因为角BAE = 角BAC + 角CAE,角DAC = 角BAC + 角DAB。根据正三角形的性质,角CAE = 角DAB = 60度,所以角BAE = 角DAC。
证明过程如下:在正三角形ABD和正三角形ACE中,AB = AD,AC = AE,角BAE = 角DAC,所以三角形ABE全等于三角形ADC,所以BE = CD。这样我们同样利用正三角形性质结合全等知识证明了对应边相等。这两个问题都是利用正方形和正三角形的边相等、角相等,结合条件构造全等三角形。
同学们,如果在上题的基础上再添一个正三角形,结论还成立吗?下面我们一起看看例2。
例2,如下图所示,在三角形ABC中,分别以AB、AC、BC为边,在同侧作正三角形ABD、正三角形ACE、正三角形BCF,求证四边形DAEF是平行四边形。同学们,我们该走边角途径还是对角线途径呢?证明四边形DAEF是平行四边形,结合题目没有给出对角线的信息,所以我们选择走边角途径,证明两组对边的关系,两组对边要么得出平行,要么得出相等。这里我们该选择哪种思考路线呢?遇到这样的困惑时,不要着急,回到题目中。三角形ABD、三角形ACE、三角形BCF这三个三角形都是正三角形,边分别相等,求证的四边形四条边分别是AE、DF、AD、EF。从题目中没有发现与平行有关的条件,所以可以确定证明对边相等。
AE是正三角形ACE的边,DF不是正三角形的边。AD是正三角形ABD的边,EF不是正三角形的边,这两组对边的情况是一样的。所以先尝试证明AE = DF。不能直接得出结论,但由前面分析知道AE = AC = CE,那是否可以转化成证明DF = AC或CE?联想例一,再看图,可以想到利用三角形全等的知识。比如证明DF = AC,DF在三角形DBF中,AC在三角形ABC中,其中BD = BA,BF = BC。只要证明夹角DBF = 角ABC即可。
这两个角如何证明相等呢?结合图思考,角DBF在角ABD中有角DBF + 角FBA = 角ABD = 60度,角ABC在角FBC中,角ABC + 角FBA = 角FBC = 60度,所以得到角DBF = 角ABC。问题逐一解决了,就可以利用全等知识证明边相等。具体步骤如下:
由三角形ABD和三角形FBC都是正三角形,可以得到角DBF + 角FBA = 角ABC + 角FBA = 60度,所以角DBF = 角ABC。又因为BD = BA,BF = BC,所以三角形ABC全等于三角形DBF,所以AC = DF = AE。同理可证三角形ABC全等于三角形EFC,所以AB = EF = AD。所以根据两组对边分别相等的四边形是平行四边形,判定得出四边形DAEF是平行四边形。
这样我们就通过边角路线证明了四边形DAEF是平行四边形。第二问,探究当三角形ABC满足什么样的条件时,能使四边形DAEF是矩形。
