【初二数学】半角模型:初中几何压轴题的一把万能钥匙

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【初二数学】半角模型:初中几何压轴题的一把万能钥匙

半角模型是八年级我们遇到的第一个几何模型,作为动点模型,也是八年级几何压轴题常见考点。今天这篇文章,把半角模型一次讲透:怎么认出它、截长和补短怎么选、有哪些能直接用的结论。

一、什么是半角模型

定义:过等腰三角形顶角的顶点引两条射线,使两条射线的夹角等于顶角的一半,这样的图形结构就叫半角模型。

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判断一道题是不是半角模型,只盯两个特征:

1.大角内部有一个小角,小角恰好是大角的一半。最常见的组合是90°夹45°、120°夹60°,一般形式就是2α夹α。

2.大角的两边相等。也就是「共端点、等线段」——两条相等线段从同一个顶点出发。

两个特征同时满足,基本就可以确定是半角模型了。

常见的半角模型有:

  •正方形中的90°夹45°:正方形ABCD,E、F分别在BC、CD上,∠EAF=45°。这是考查频率最高的一款。

  •等边三角形背景下的120°夹60°:△ABC是等边三角形,△DBC是以D为顶点、∠BDC= 120°的等腰三角形(DB=DC),∠EDF= 60°。

  •邻边相等、对角互补的四边形:四边形ABCD中,AB=AD,∠BAD=2α,∠BCD+∠BAD =180°,∠EAF=α。这是最一般的形式,前三类都可以看成它的特例。
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这类题目的问题设置也很有规律,基本逃不出四种:

•求证线段的和差关系(如EF=BE+DF);

•求证某个三角形的周长是定值;

•求角度,或证明角平分关系;

•求面积关系、线段最值。

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解题通法:判断半角位置,进行截长补短。半角模型的核心特征是共端点、等线段,通过两次SAS全等进行证明:

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构造图形:判断半角和大角是內夹还是外夹,内夹用补短,外夹用截长;

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第一次全等:证明截长补短后后的新三角形与原三角形全等(SAS);

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第二次全等:证明拼成的新三角形与原半角所夹的三角形全等(SAS);

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得出结论:用全等的对应边相等,完成线段或角度的转化。

一句话总结:看到「等线段夹半角」,特别是看到45°、60°出现在正方形或等边三角形背景里,先怀疑是半角模型。

二、截长与补短

半角模型最让人头疼的地方,是点会「跑」。点E在BC上动、点F在CD上动,一旦动到延长线上,结论的符号就变了。这时候靠的就是分类:截长,还是补短。

判断标准很简单:看半角和大角的位置关系。

情形一:半角在大角内部→ 补短(内夹)

例1. 如图,在正方形ABCD中,E、F分别是BC、CD边上的点,∠EAF=45°,证明:EF=BE+DF.

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我们推广至一般条件:

四边形ABCD中,∠BAD=2α,∠EAF=α,AB=AD,∠BCD+ ∠BAD =180°,E在BC上,F在CD上(半角完全含在大角里面)。

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辅助线:延长FD至点G,使DG =BE,连接AG。

把短的补上去,让BE和DF拼成一条完整的线段GF。推导分两步:

  •第一步:△ADG≌△ABE(SAS)。其中∠ADG =∠B是由「对角互补」推出来的;

  •第二步:利用半角导夹角,∠GAF=∠EAF =α,再证△AEF≌△AGF(SAS),得EF = GF。

结论:EF=GF =DG + DF=BE + DF。

情形二:半角一部分在大角外部→ 截长(外夹)

点E或F跑到了延长线上,半角「探出」了大角,这时两条短线段拼不到一起了,要反过来——从长线段上截去一段。

例2.如图,在正方形ABCD中,若E在CB延长线上,F在DC延长线上,∠EAF=45°。证明:DF-BE=EF

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推广至一般条件:

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辅助线:F在BC的延长线方向,在AB上截取DG =CF,连接DG。

两步推导:

•△ADG≌△CDF(SAS);

•再证△DGE≌△DFE(SAS),得EF = GE。

结论:EF= GE =AE − AG =AE − CF。

总之,口诀就八个字:

内夹补短,外夹截长。

不管哪种情形,骨架都是同一套:先一次SAS把「等线段」用起来,再用半角导出夹角相等,第二次SAS完成线段转化。变的只是辅助线的方向和最后的加减号。

三、常见结论清单

以最经典的正方形半角模型为例(正方形ABCD,E、F分别在BC、CD上,∠EAF=45°,AH⊥EF于H,AE、AF分别交对角线BD于M、N),下面这些结论都值得背下来:

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1.线段和:EF=BE+DF;

2.周长定值:△CEF的周长=CE + CF + EF=BC + CD= 2 倍边长;

3.角平分:AE平分∠BEF,AF平分∠DFE;

4.距离定值:AH=AB,即点A到EF的距离等于正方形边长;

5.全等:△AEB≌△AEH,△AFD≌△AFH;

6.面积:S△ABE+ S△ADF =S△AEF;

7.勾股关系:MN²= BM²+DN²;

8.最值:当BE=DF(即AE=AF)时,EF取得最小值,S△AEF取得最小值,S△CEF取得最大值。

Tip:结论可以帮你快速选填、验证答案,但大题里必须先证再用。证明过程就是第二部分的两次SAS,写熟一遍,所有结论都是它的推论。

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半角模型之所以是压轴题常客,是因为它把初中几何最核心的思想浓缩在了一个图里:用截取线段把分散的条件集中,用全等完成线段的转化。

模型会变,背景会变,点会跑出去,但套路不变——先认特征(等线段夹半角),再定策略(截长补短),最后两次SAS收口。

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