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专题帖:全等与几何综合【持续更新】

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首先声明:本帖的所有解题思路均为本人做题时的思路。
本帖为全等与几何综合专题帖,所有题目会标注难度,最简单的题为1☆,最难题为5☆,所有题目解法均为初中课内知识,少部分题目会用到四点共圆或梯形的相关内容。
1☆-3☆为初中课内题目难度;4☆题目的解法中会用到一些比较复杂的技巧(比如导角),或者会使用一些熟知但课内很少介绍的性质(我会在“引理”部分详细证明),或者用到非90°的四点共圆内容;5☆题基本是比较复杂的题目,初中不会考到。
其中1☆-3☆适合中考,中考生中水平较高的可以阅读4☆,5☆题目不建议中考生阅度。如果你是参加高联选手,建议从4☆读起,高联水平以上的选手可详细阅读5☆题目。
纯几何吧选手请自动离开此贴。


IP属地:北京1楼2020-03-20 08:36回复
    其中1-3☆题目建议大家有时间的话在阅读解析前自己尝试做一下


    IP属地:北京2楼2020-03-20 08:54
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      【第1题】难度:1.5☆
      【题目】

      【解析】首先,我们分析图形特征:菱形的一个角为60°,并且还有一个等边三角形。这意味着在这个图中,有很多相等线段以及相等角,再加上等边三角形这一强烈的条件,告诉我们大概率是构造“手拉手”解决问题。
      接下来思考如何添加辅助线。注意到Q为CN中点。中点的常见辅助线有:倍长过中点线段和构造中位线。此题我们应选择怎样的辅助线呢?我做辅助线的原则一向是一条辅助线要有两个作用。那么构造中位线显然满足这一原则,因为当我们倍长CD至P时,DP=CD=AD且∠PDA=60°,也就意味着△ADP是等边三角形!这样,我们就产生了共顶点旋转的等边三角形,由“手拉手”可以得到,△PNA≌△PMA。这样,DM=PN=2DQ,(1)问证毕。
      接下来就是证明∠DQM=90°,我们只需证∠DMQ=30°或∠MDQ=60°即可,这个工作大概率可以通过导角完成,因为有一堆60°,并且中位线还有平行。注意到∠ADC=120°,所以证明∠MDQ=60°似乎更加简单,因为我们只需证∠ADM+∠QDC=60°即可,而∠QDC=∠NPC,∠ADM=∠APN,∠NPC+∠APN=60°,故(2)问证毕。


      IP属地:北京5楼2020-03-20 09:16
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        【第2题】难度:4☆ 给大家感受一下4☆题的难度哈(其实也不难……)
        注:=>即为推出符号⇒,<=>为等价符号⇔,我懒得敲了。。。
        【题目】

        【解析】首先我们分析图形特征。我们发现题目中要求证明的两个线段是分离的,那我们最好把它们放在一个三角形中。发现题目要求证明直角和√3倍,这不是含30°的直角三角形嘛!那我们不如直接以AP为直角边,构造含30°的Rt△APE,然后再证明AECB为平行四边形。其次,我们发现题目中给了我们两个等边三角形,这暗示我们有可能需要构造共顶点旋转的等边三角形,也就是“手拉手”来转移相等线段。
        那么这个辅助线有没有第二个作用呢?注意到△PMN为一120°为顶角的等腰△,等腰三角形常见辅助线三线合一,我们作MN边上的高PQ,发现“手拉手”来了!△PQN同样为含30°的Rt△,故△PQN与△PNE旋转相似,并且PN=2PQ,故AQ=2NE!

        此时,我们应当如何继续呢?我们刚刚提到,等腰三角形三线合一,Q为MN中点!中点的常见辅助线有什么?有倍长中线和构造中位线。那么我们当然要选择构造中位线!因为在前面我们推出了AQ=2NE,我们只要倍长MA至D,构造中位线,那么ND=2AQ,就有相等线段ND=NE了(这还是个等腰三角形)!

        诶我们画完图发现,△DNE好像不止是个等腰三角形,还是个等边三角形啊!而且,如果这真是一个等边三角形,那么△NAC与△NDE就构成了“手拉手”!那我们来尝试证明其中一个角是60°。
        设∠NPE=x,∠NEP=y,则∠PQA=∠PNE=180°-x-y=>∠MND=∠MQA=360°-(180°-x-y)-90°=90°+x+y=>∠DNE=360°-(180°-x-y)-30°-(90°+x+y)=60°(注:此处用有向角更为简便,但是校内肯定不认!)
        故△NDE为等边三角形!

        故由“手拉手”可以得到,△AND≌△NCE,CE=AD=AM=BA!我们要证AECB为平行四边形,现在有了一组边等,我们只需证明AB∥CE即可!这该怎么办呢?导角!
        设∠ABC=a,∠BCA=b,则∠BAC=180°-a-b,∠MAN=60°+a+b,∠NCE=∠NAD=120°-a-b=>∠ABC+∠BCE=a+b+60°+120°-a-b=180°=>AB∥CE=>平行四边形ABCE.
        Q.E.D


        IP属地:北京6楼2020-03-20 09:46
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          如果自己做的时候有其它解法,欢迎发表!


          IP属地:北京7楼2020-03-20 09:52
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            【第3题】难度:5☆ 唉总有人说题水
            【题目】

            【解析】题目要证切线,毫不犹豫连接OQ,试图证明∠OQP=90°即可。我们来分析图形特征。观察此图,不难发现△AKD圆心O'似乎在OE垂直平分线上,这意味着什么呢?AOED为等腰梯形!由于已经有了一组平行,我们只需证两底角相等即可,也就是证明∠OAD=∠EDA。
            ∠ADE=∠ABP+∠BAD-90°=∠BAD-(90°-∠ABP)=∠DAC-∠OAC=∠OAD=>OAED为等腰梯形,根据等腰梯形的性质,有EK=EA=OD,O'在AD中垂线上,故O'也在OE中垂线上,即O'O=EK.我们将相等角标在图中。

            结合圆的半径相等,我们不难发现有两组旋转型全等,就是△O'OD≌△O'EK(SSS)和△O'OQ≌△O'ED,所以全等能够转化角,∠PQO=∠PQD+∠OQD=∠PKD+∠OQD,所以∠PKD+∠KDE=90°!
            继续导角,∠OQD=∠O'OQ-∠O'OD=∠O'ED-∠O'EK=∠KED,则我们发现又有一组全等出现了,△ODQ≌△EDK(SSS)
            故有∠OQD=∠EDK,则∠OQP=∠PQD+∠OQD=∠PKD+∠OQD=∠PKD=∠EDK=90°.

            Q.E.D


            IP属地:北京13楼2020-03-20 12:20
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              【第4题】难度:2☆(看在它是19年高联二试的推广的份上,给他2☆吧。。。其实很简单)
              【题目】

              这个题一上来给我的感觉就是导角,因为有两个圆,还有一个角分线,圆里导角是最为方便的,然后一个角分线将两个圆联系在了一起.
              连接BD,CE,很容易得到∠BAP=∠BDP=∠CAP。继续看题目条件,M为中点,中点常见辅助线倍长中线。至于倍长那个线段呢,我们选择倍长HM至N,主要原因是有一个直角,这时,BH=NC且∠N=90°。

              于是,△BHD≌△ENC,故DH=EN,DE=HN=2HM.
              Q.E.D


              IP属地:北京15楼2020-03-20 13:27
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                【第5题】难度:1.5☆
                【题目】

                【解析】看到这个题,需要我们求证△EAF为等腰Rt△,我们反推,假设该命题成立,则有“手拉手”出现!即△BEA≌△DEF.那我们只需证明这两个三角形全等即可.先找条件,平行四边形ADCF得到DF=AC=AB,再加上BE=ED,我们只需证∠EBA=∠EDF即可,这个工作看起来用导角完成。我们该如何导角呢?
                既然有平行,我们不妨延长FD交AB于G,这样才能更好利用平行这一条件。我们发现∠BGD=∠BAC=90°,诶,B,E,D,G四点共圆了,这样,∠EBA≌△EDF,即命题成立

                Q.E.D


                IP属地:北京16楼2020-03-20 13:46
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                  【第6题】难度:2☆
                  本帖我们正式介绍一种证明方法:同一法。
                  同一法是一种间接证明方法,当图形唯一确定的情况下,若一个命题不易证明,我们证明它的逆命题成立,从而间接证明原命题成立。这个定义过于抽象,我们通过一道题来感受一下。
                  【题目】

                  【解】如图,在BF上截取一点C',使EC'=EF.

                  设∠C'EF=2x ∵EC'=EF ∴在等腰△EC'F中,∠EC'F=90°-x. ∵等边△DEF ∴DE=EF=EC,∠DEF=60°-2x ∴在等腰△EDC'中,∠DC'E=60°+x ∴∠DC'B=180°-∠EC'F-∠DC'E=180°-(90°-x)-(60°+x)=30°.
                  ∵等边△ABC ∴∠B=60° ∴∠BDC'=90°.
                  ∵D为AB中点,故C'与C重合,故命题正确.
                  我这个过程写的已经非常详细,发现我们如果用同一法,只需简单导角即可,连全等都不需要证!我在尝试直接证明时,证了一两个全等,过程比这复杂得多!各位可以试试直接证明,也可以把证明该过程拍到此贴。
                  所以如果我们适当运用同一法,一些复杂的题目也会变得简便许多。


                  IP属地:北京18楼2020-03-21 11:33
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                    【第7题】难度:3☆

                    【解析】首先看题目要求,我们要求△ABC的面积,求面积除了公式以外,还有割补法。本题显然用割补法(因为面积公式无法利用已知条件)。分析题目条件,题目中有两个中点,H,I均为中点,那么连接DC是必然的!并且根据一个“熟知”模型,我们很自然的会以AC为边,向外作一个正方形。(这一步我真的不知道该如何描述,这应该算是一个“模型”的积累)。

                    如图,我们补全图形以后,便出现了一个“手拉手”全等:△ACD≌△AFB.于是根据A,J,C,F八字导角可以得到∠FJC=∠FAC=90°!也就意味着四边形BCFD的对角线相互垂直!并且其对角线长均为2c(由中位线可以得到)。我们说割补法,那么我们只用讲BCFD的面积求出来,再减去△DAB、△ACF、△ADF即可。
                    【引理1】对角线垂直的四边形面积为其对角线平方的一半

                    由此,我们得到了四边形BCFD的面积,为2c²!而△DAB、△ACF面积均容易求出,我们只需求△ADF即可!
                    【引理2】

                    所以,这下思路打通了!我们得到了四边形BCFD的面积,减去△DAB、△ACF,再除以2即可!
                    现在,我们开始计算

                    S△ABC=(S四边形ABCD-S△ABD-S△ACF)*0.5=(2c²-0.5a²-0.5b²)*(1/2)
                    故问题解决


                    IP属地:北京20楼2020-03-23 08:59
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                      【第7题】难度:1.5☆
                      【题目】

                      【解析】首先看到这个图,立刻就会想到连接DQ,这是一个很明显的“手拉手”。接着,我们发现在PQ上存在一个斜直角,也就是∠DCB是一个直角。对于斜直角,有一个常见处理方法,就是构造一线三等角,如图

                      很容易得到,△CDN≌△BCM.接着,我们想要证明AB=BP,只需证明BP=BC即可,那么,我们只需证明M为CP中点就行了.这该怎么证明呢?
                      现在我们得到了两组全等,全等可以转化边和角,我们不放来导个角
                      设∠BPA=x,则∠AQD=x,因为△AQP为等腰直角三角形,故∠DQN=45°-x,∠QDN=45°+x,而∠BPM=∠BPA+∠APQ=45°+x=∠QDN!
                      结合∠DNQ=∠BMP=90°,QD=BP,即可得到△QDN≌△BPM,即MP=DN=CM,故M为中点,BM垂直平分CP。
                      故BP=BC=AB.
                      【注】本题有更简单的解法,只需一个全等即可


                      IP属地:北京21楼2020-03-23 09:23
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                        【第9题】难度:1.5☆
                        【题目】

                        【思路一】
                        看到正方形这么强烈的条件,便会想到构造“旋转”,再加上一看图就知道这俩线段的关系一定是EM=ME且EM⊥MC,于是我们可以构造CH⊥CM且CH=CM,这样,△DMC便旋转至△BHC.如此,我们只需证明EHMC也是一个正方形即可,也就是证明△EMH也为等腰Rt△。我们不妨倒退,加入有等腰Rt△EMH,而△BEF也为等腰Rt△,则会出现“手拉手”全等:△BHE≌△FMC!那么我们现在只需证明这两个三角形全等即可!
                        我们来找条件,发现EB=EF,BH=DM=MF,也就是说,我们已经得到了两组边等,那么要判定全等,我们只用得到其夹角相等即可!这个工作显然是由导角完成。

                        如图,我们先来表示出∠EBH吧。∠ABE=a,则∠EBC=90°-a,但是∠CBH好像不能用a表示啊,我们干脆设其为x,则∠EBH=90°-a+x,且∠CDM=x.我们只需用a,x表示∠EFM即可.但是我们发现,∠EFM似乎比较“独立”,不好用其它角来得到。那么我们用一个一般方法,用平角减其它角!我们延长MF,与BC交于J.诶我们发现,∠BJF=90°+x(外角).设GF交BC于K,我们只需要用a,x表示∠KFJ即可,这是很简单的,因为∠FKJ=∠BKG=90°-a,那么∠FKJ=180°-∠FJK-∠FKJ=180°-(90°+x)-(90°-a)=a-x.则∠EFM=180°-∠KFJ-∠EFG=180°-(a-x)-90°=90°-a+x=∠EBH,故△EBH≌△EFM,则△HEM为等腰Rt△,容易得到EM=MC且EM⊥MC.
                        Q.E.D
                        【思路二】我们注意到,M为DF中点.对于中点,有一个常见辅助线,即倍长过中点线段.按照这个思想,我们倍长EM至H,则△EMF≌△HDM.故DM=EF=BE.现在我们来倒推,假设EM=CM且EM⊥CM,则△EHC为等腰Rt△,再加上△BCD也为等腰Rt△,那么就会出现“手拉手”:△BEC≌△DHC!那么我们只需证明这两个三角形相等即可.

                        现在,我们来找条件,我们发现DH=BE,BC=DC,即我们已经有了两组边等,只需得到其夹角相等即可。与【思路一】相同,设∠MDC=x,可以得到∠EBC=90°-a,并且由上文,可以得到∠EFM=90°-a+x.那么,由全等可以得到∠MDH=∠EFM=90°-a+x,又∠MDC=x,则∠CDH=90°-a=∠EBC!故△BEC≌△DHC,得到△EHC为等腰Rt△,又M为EH中点,故可以得到EM=MC且EM⊥MC.


                        IP属地:北京23楼2020-03-24 09:42
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                          【第10题】难度:1.5☆
                          此题为人大附中考题,方法有很多,欢迎发表各位大佬的解法!
                          【题目】

                          首先我们发现此题点D,E关于AB对称,那么很容易想到连接BE和AE.那么这两条辅助线有没有用呢?线段BE肯定是有用的,因为△BED是顶角为120°的等腰三角形,有BE=BD=√3ED.这样,我们只需求出BD(BE)与CG的关系即可.那么线段AE呢?我们来导个角.设∠DAB=x,则∠EAB=x,∠EAG=60°+x,∠FAG=60°-x.又因为∠EFD=∠AFG=60°,故∠AGF=180°-60°-(60°-x)=60°+x=∠EAG,也就是说AE=GE!这应该是一个有用的条件.接着,我们的目标是求BE与CG的关系,但是这两条线段“相离甚远”,我们应当把它们转移到一个三角形中.因为△ABC为等边三角形,自然想到构造“手拉手”旋转全等.在BC上截取CM=BE,则有△AEB≌△AMC.

                          这样,连接MG,线段CM与CG就在一个三角形里了.观察此图,根据“几何直观”,我们猜测∠GMC=90°(这应当是一个合理的猜测).那么我们接下来通过导角尝试证明.不难想到连接EM,因为这样△AEM为等边三角形,这时,EM=AE=AG,也就意味着△EGM为等腰三角形.在等腰三角形中的导角非常方便.我们不妨假设∠CAM=x,则∠EAC=60°+x=∠AGE,故∠AEG=60°-2x,由∠AEM=60°,得到∠GEM=2x,由此,∠EMG=90°-x.那么,我们只需证明∠EMB=x就可以了!注意到∠AMB=∠C+∠MAC=60°+x,又因为∠AME=60°,故∠EMB=x,故∠GMB=90°,∠GMC=90°,则△CGM中,GC=2CM=2BE,有DE=√3BE,可以得到2DE=√3CG.


                          IP属地:北京27楼2020-03-24 13:20
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                            膜折棒残夜大佬


                            IP属地:北京31楼2020-03-24 19:42
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                              【第11题】难度:1☆
                              【题目】

                              【解析】首先看题目条件,P为BD中点,很自然想到倍长中线.倍长EP至M,则有BM=DE=CE.

                              来看题目让我们求的两条边,AE和PE,肉眼可得△APE是一个含30°的直角三角形.那么,如果这个假设成立,则△AME为等边三角形,也就出现了熟悉的“手拉手”,也就是△ABM≌△ACE.由此,我们只需证明这对全等即可。观察条件,我们已经有了MB=CE,AB=AC,我们只需得到其夹角相等即可!
                              这个工作,依然通过导角完成。注意到四边形BDEC中有一个内角是120°,不妨设∠D=x,∠CBD=y,则∠BCE=240°-x-y。故∠ACE=300°-x-y。而由周角360°可以得到,∠ABM=300°-x-y=∠ACE。
                              故答案为2


                              IP属地:北京32楼2020-03-25 11:25
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