平面几何复习与提高:直角三角形与等腰三角形

本文所录3题都是平面几何中基本而又核心的问题,主要面向基础弱的学生,包括初中生和高中生。


问题1

已知:\triangle ABC 中,点 MAB 中点,MC=MA.

求证:\angle ACB=90°.


问题2

已知:\triangle ABC 中,点 MAB 中点,\angle ACB=90°.

求证:MC=MA.


问题3

已知:\triangle ABC 中,\angle ACB=90°,点 MAB 边上一点,MC=MA.

求证:MA=MB.


【问题1之证法1】

∵ 点 MAB 中点,∴ MA=MB

MC=MA, ∴ MA=MB=MC

MA=MC, ∴ \angle A=\angle MCA, (等腰三角形的性质)

MB=MC, ∴ \angle B=\angle MCB, (等腰三角形的性质)

\angle A + \angle B = \angle MCA + \angle MCB (等式的性质)

\angle A + \angle B + \angle ACB= 2 \angle ACB

\angle A + \angle B + \angle ACB=180° (三角形的内角和定理)

\angle ACB=90°. 证明完毕.


【问题1之证法2】

∵ 点 MAB 中点,∴ MA=MB

MC=MA, ∴ MA=MB=MC

MA=MC, ∴ \angle A=\angle MCA,

\angle BMC=\angle A+\angle MCA=2\angle MCA (三角形的外角等于不相邻的两内角之和)

MB=MC, ∴ \angle B=\angle MCB,

\angle AMC=\angle B+\angle MCB=2\angle MCB

又∵ \angle BMC+\angle AMC=180° (两角之和为平角)

2(\angle MCA + \angle MCB) = 2 \angle ACB = 180°

\angle ACB = 90°. 证明完毕.


【证明问题2】

延长 CM 至点 D, 使得 MD=MC.

\triangle MAC\triangle MBD中:

\left\{ \begin{array} \\ MA=MB \\ \angle AMC = \angle BMD \quad {(对顶角相等)} \\ MC = MD \end{array} \right.

\triangle MCA \cong \triangle MDB \quad(SAS)

\angle A = \angle ABD, AC=BD

又∵ \angle ACB=90°, ∴ \angle A + \angle ABC=90°, ∴ \angle CBD=\angle ABC+\angle ABD=90°

\triangle ABC\triangle DBC中:

\left\{ \begin{array} \\ CB=BC \quad{(公共边)} \\ \angle ACB = \angle DBC = 90° \\ AC = DB \end{array} \right.

\triangle ABC \cong \triangle DBC \quad(SAS)

AB=DC

MC=MA. 证明完毕.


【证明问题3】

\angle ACB=90°,

\angle A+\angle B=90°, \angle ACM+\angle BCM=90°

MC=MA, ∴ \angle A=\angle ACM, ∴ \angle A + \angle BCM = 90°.

\angle A + \angle BCM = 90°, \angle A+\angle B=90°

\angle B=\angle BCM (同角的余角相等)

MB=MC (等腰三角形的判定定理)

MB=MC, MC=MA,

MA=MB. (等量传递)

证明完毕.


【提炼与提高】

问题1与问题2实际上都是平面几何中的定理,可以用文字表述如下:

『三角形中,如果某条边上的中线等于该边长的一半,则该边所对角为直角。』

『直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半。』

『直角三角形斜边上的中点就是该三角形的外心。』

『圆的直径所对的圆周角是直角.』

由以上定理还可以得出以下作图方法。

「直角三角形的作图法」

先作半圆弧,然后在弧上任取一点,连接该点与直径的两个端点,即可得到一个直角三角形。

「矩形的作图法」

先作一个圆;

再任作两条直径;

连接两条直径的四个端点,即可得到一个矩形。


这几个问题是平面几何中基本而又核心的问题,非常重要。强调一下:

考试要考;中考要考,高考要考;中考和高考都要考。


【相关考题】

在高中数学,尤其是立体几何和解析几何中,会经常用到以上命题。这里简单地举几个例子:

「多面体与球:2011年全国卷题15」

「多面体与球:2012年全国卷题11」

「多面体与球:2013年全国卷A题6」

「多面体与球:2017年全国卷C题8」

「多面体与球:2010年全国卷题10」


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