初三数学浅谈平面几何中矛盾的转换.docVIP

浅谈平面几何中矛盾的转换 余莹 线段间量的关系是几何学研究的基本课题之一。本文试图用矛盾的转换观点剖析关系式的结构特点，探讨几种颇有成效的证法。 一、对等法 对等的数学含义是指给定条件下引发的诸种情形具有同等的地位，推理过程有“平行”的独立性，结论表现出“相似”的一致性。 例1. 菱形ABCD的对角线BD等于菱形的边长，过顶点C在形外作直线分别交AB、AD于M和N，BN与DM交于P。 求证：圆BPM与圆DPN的半径之积等于菱形边长平方的三分之一。 设菱形的边长为a，圆BPM与圆DPN的半径分别为和。命题的题断即可表示为： 。 解析：推出这个式子，要解决两个矛盾。 第一，式中的常数如何处理？注意到圆BPM与圆DPN处在对等状况！题断可以改写为对等式： 第二，这个等式如何落实？当MN//BD时，构成轴对称图形，其中圆BPM、圆DPN分别处于两个相似的正三角形BMC和DNC中，因，而满足。 对于一般情形，、是变量，随MN的位置而变化，它们各自与定数a无确定关系，上述的推理不适用，但对等意义并没有失去，作为一种重要的数学思想和方法，可以被借鉴。 由菱形性质知：△BMC∽△DCN， 有BM·DN=BC·DC=a·a， 于是题断转换为新对等式： BM·DN=。 为使BM=，成立，只须证明∠BPM=60°，这个思维的集中点是容易解释的。 ∠BPM=60°。 二、平衡法 当线段相关式两边的项数或系数不相同时，为便于考查对比，总希望在结构形式上能“同一”化。这种心理的直观要求反映到思维活动中就是平衡法。 例2. 在圆O的直径MN延长线上截取MA=OM，作AB⊥OA，引BC切圆O于C，作PM⊥OA交BC于P。 求证：。 解析：题断两边的项数相同，一般不再拆项分离，尽量避免新添不必要的麻烦，不妨试将常数2化并到PB（或PC）中去，变成比例中项式：或。 此时因PA不垂直BC，不能使用射影定理，可进一步对PA采取相应地加倍措施，借助于相交弦定理。 证法一：如图2所示，延长PC到E使CE=CP，延长AP至F使PF=PA。题断即转换为：PA·PF=PB·PE，为此只要证明∠1=∠2，这可由条件得到递推简略式为： ∠1=∠3=∠4=∠5=∠6=∠2。 其中∠4=∠5是因为PE=OF（=2·PM），使△POE与△OPF等腰且相似。 证法二：如图3所示，延长PB至E，使BE=PB，延长OP至F，使PF=OP（=PA）。原题断转换为PO·PF=PC·PE。 注意到FA、BA都垂直于OA而平行重合，且∠1=∠2，∠3=∠4，即∠1+∠3=90°，于是△PEF∽△POC。 得证命题。 比较两种证法，后者抓住垂直条件的主线索，思维过程简捷清晰。 三、降（升）幂法 线段与实数是一一对应的，任何线段在量度上都可以表示成其他线段的一次齐次解析式。根据线段的尺规作图理论，线段间这种相关式总能够通过五种（加、减、乘、除、开平方）代数运算而最终获得。对一些关系式如果两边的幂指数不一致或者即使幂指数相同，为了证明方便，有时需要采用适当的降（升）幂的方法。先将较高（低）次幂的项降（升）幂化为常见的基本形式，然后进行有机地融合归总。 例3. 直角△ABC中，CD是斜边AB上的高，圆（CD）分别交AC、BC于E、F。 求证：。 解析：题中条件的特点明显的给出几个直角三角形以及切、割线。可以提供射影定理。而题断的左边是线段的三次幂比，自然要降去一次幂，得到。 剩下的左边比有多种替代比，如何选择？右边比用什么比替代能较好的表达它与比的联系？ 这时考虑到和的结果，可将上式两边同时升幂二次（平方），由。 立即推出题断。 当然对左边作一次性处理，降到一次幂比。连结DE、DF可由 相乘之而得结果，不过要兜圈子绕弯路。 四、伸缩法 在比较两个同类量的长短（线段）、大小（角、面积）时，常将短的线段伸长，长的线段缩短。如果两条线段不在同一直线上，尽量的变直，求和则延伸，相反求差则截取。这种方法我们归结为伸缩法。 例4. 如图5，△ABC中，AB=AC，P、Q在圆ABC的上。 求证：。 解析：用对等法和平衡法证明，过程将冗繁。式子的主要症结在妥当处理PB+PC和QB。设想当PB、PC及QB、QC共线时，就形成四条比例的状态。伸直延长PB至D使BD=PC；弯直在BQ内截取BE=CQ（题中∠QCB∠ACB=∠ABC∠QBC有BQCQ）。原题断转换为。 由∠ABD=∠ACP得△ABD≌△ACP，进而有等腰△ADP∽△ABC。 同理，因△ABE≌△ACD有等腰△AEQ∽△ABC。 于是，等腰△ADP∽△AEQ。 命题得证。 五、试探法 线段相关式中，可能出现一类情况：几条变化线段之间量的关系是确定不变的。例1就是两个变半径（）的积用不变量（a）表示的。