正三角形中的一些特殊規(guī)律延伸到正多邊形中是否依然適用呢?現(xiàn)舉幾例,與同學(xué)們一起探究.
一、角度變化規(guī)律的延伸
例1如圖,點(diǎn)E、D分別是正△ABC、正四邊形ABCM、正五邊形ABCMN中以C點(diǎn)為頂點(diǎn)的相鄰兩邊上的點(diǎn),且BE=CD,DB交AE于點(diǎn)P.
(1)求圖1-1中,∠APD的度數(shù);
(2)圖1-2中,∠APD的度數(shù)為,圖1-3中,∠APD的度數(shù)為;
(3)根據(jù)前面探索,你能否將本題推廣到一般的正n邊形情況?若能,寫(xiě)出推廣問(wèn)題和結(jié)論;若不能,請(qǐng)說(shuō)明理由.
分析:(1)本題可把∠APD看成△ABP的一個(gè)外角,使其轉(zhuǎn)化為∠ABP
+∠BAE,然后利用△ABE≌△BCD,把∠BAE轉(zhuǎn)化為∠CBD即可;(2)同第(1)小題的思路;(3)經(jīng)過(guò)前面兩小題的探究,運(yùn)用由特殊到一般的思想方法,可歸納出推廣的問(wèn)題和結(jié)論.
解:(1)因?yàn)椤鰽BC是等邊三角形,
所以AB=BC,∠ABE=∠BCD=60°.
又因?yàn)锽E=CD,
所以△ABE≌△BCD.
所以∠BAE=∠CBD,
所以∠APD=∠ABP+∠BAE=∠ABP+∠CBD=∠ABE=60°.
(2)按(1)的思路可得:圖1-2中,∠APD的度數(shù)為90°;圖1-3中,∠APD的度數(shù)為108°.
(3)能.如圖1-4,點(diǎn)E,D分別是正n邊形ABCM…中以C為頂點(diǎn)的相鄰兩邊上的點(diǎn),且BE=CD,BD與AE交于點(diǎn)P,則∠APD的度數(shù)為■.
二、面積比規(guī)律的延伸
例2如圖2-1,圖2-2分別是兩個(gè)相同正方形、正六邊形,其中一個(gè)正多邊形的頂點(diǎn)在另一個(gè)正多邊形外接圓圓心O處.
(1)求圖2-1中,重疊部分面積與陰影部分面積之比;
(2)求圖2-2中,重疊部分面積與陰影部分面積之比(直接寫(xiě)出答案);
(3)根據(jù)前面探索和圖2-3,你能否將本題推廣到一般的正n邊形情況(n為大于2的偶數(shù))?若能,寫(xiě)出推廣問(wèn)題和結(jié)論;若不能,請(qǐng)說(shuō)明理由.
分析:(1)、(2)兩小題,如圖2-4,連接BO、CO,則重疊部分面積可以分別轉(zhuǎn)化為△OBC的面積.如圖2-5,連接BO、DO,則重疊部分面積可以轉(zhuǎn)化為四邊形OBCD的面積.求重疊部分面積與陰影部分面積之比,即分別求S△OBC∶S陰影和
S四邊形OBCD∶S陰影.
(3)將前面兩小題的結(jié)論進(jìn)行歸納、猜想,做出推理.
解:(1)由已知得:在△OFB和△OEC中,
∠FBO=∠ECO=45°,BO=CO,∠FOB=∠EOC=90°-∠BOE,
所以△OFB≌△OEC.
所以S重疊部分∶S陰影=S△OBC∶S陰影=1∶3.
(2)同理,S重疊部分:S陰影=S四邊形OBCD:S陰影=1∶2.
(3)能.推廣問(wèn)題:兩個(gè)相同的正n(n為大于2的偶數(shù))邊形,其中一個(gè)正n邊形的頂點(diǎn)在另一個(gè)正n邊形外接圓圓心處,求重疊部分面積與陰影部分面積之比.結(jié)論:(n-2)∶(n+2)
三、線段相等規(guī)律的延伸
例3問(wèn)題背景:某課外學(xué)習(xí)小組在一次學(xué)習(xí)研討中,得到如下兩個(gè)命題:
①如圖3-1,在正三角形ABC中,M、N分別是AC、AB上的點(diǎn),BM與CN相交于點(diǎn)O,若∠BON=60°,則BM=CN.
②如圖3-2,在正方形ABCD中,M、N分別是CD、AD上的點(diǎn),BM與CN相交于點(diǎn)O,若∠BON=90°,則BM=CN.
然后運(yùn)用類(lèi)比的思想提出了如下的命題:③如圖3-3,在正五邊形ABCDE中,M、N分別是CD、DE上的點(diǎn),BM與CN相交于點(diǎn)O,若∠BON=108°,則BM=CN.
任務(wù)要求:
(1)請(qǐng)你從①、②、③三個(gè)命題中選擇一個(gè)進(jìn)行證明;
(2)請(qǐng)你繼續(xù)完成下面的探索:如圖3-4,在正五邊形ABCDE中,M、N分別是DE、AE上的點(diǎn),BM與CN相交于點(diǎn)O,問(wèn)當(dāng)∠BON=108°時(shí),結(jié)論BM=CN是否還成立?
若成立,請(qǐng)給予證明;若不成立,請(qǐng)說(shuō)明理由.
分析:本題是一道典型的幾何探究題,引導(dǎo)同學(xué)們由易到難,很好地體現(xiàn)了從一般到特殊的數(shù)學(xué)思想方法.(1)要證明BM=CN,根據(jù)圖形的特征很容易分析出就是要證明這兩條邊所在的兩個(gè)三角形全等.(2)在圖形的變化過(guò)程中,BM、CN所在的兩個(gè)三角形的全等關(guān)系沒(méi)有改變,這是題目的本質(zhì)所在.所以,當(dāng)∠BON
=108°時(shí),結(jié)論BM=CN成立.
解:(1)若選命題①,
證明:在圖3-1中,因?yàn)椤螧ON=60°,所以∠CBM+∠BCN=60°.
因?yàn)椤螧CN+∠ACN=60°,所以∠CBM=∠ACN.
因?yàn)锽C=CA,∠BCM=∠A=60°,所以△BCM≌△CAN,所以BM=CN.
若選命題②或③,同理證△BCM≌△CDN.
(2)結(jié)論BM=CN成立.
證明:如圖3-5,連接BD、CE,在△BCD和△CDE中,因?yàn)锽C=CD,∠BCD
=∠CDE=108°,CD=DE,
所以△BCD≌△CDE.所以BD=CE,∠BDC=∠CED,∠DBC=∠ECD.
因?yàn)椤螼BC+∠OCB=∠BON=108°,∠OCB+∠OCD=∠BCD=108°,
所以∠OBC=∠OCD.
又因?yàn)椤螪BC=∠ECD=■(180°-108°)=36°,所以∠DBM=∠ECN.在△BDM和△ECN中,∠DBM=∠ECN,BD=CE,∠EDB=∠AEC=72°.
所以△BDM≌△CEN,所以BM=CN.
即∠BON=108°時(shí),結(jié)論BM=CN仍然成立.