关于一线三垂直模型及其在平面几何中的应用

-关于一线三垂直模型及其在平面几何中的应用一线三垂直模型是一线三等角模型的特殊情况，关于一线三等角模型详见比例与相似高级教程六：相似三角形的一线三等角模型，即三个等角角度为90，于是有三组边相互垂直，所以称为一线三垂直模型。一线三垂直的性质：1，模型中必定存在至少两个三角形相似，三对等角，三对成比例的边长；2，当模型中有一组对应边长相等时，则模型中必定存在全等三角形。一线三垂直模型在平面几何中有着及其重要的地位，常出现的图例有以下几种：其中，在变形2模型下，根据相似原理，推理出了著名的射影定理这里主要讨论有一对对应边相等的情况。【例1】如图，在等腰直角三角形ABC中，ACB=Rt，AC=BC，AECE于点E，BDCE于点D，AE=5cm，BD=2cm，则DE的长为多少？【提示】根据一线三垂直模型的性质，ACECBD，于是CD=AE=5cm，CE=BD=2cm，DE=5-2=3cm【例2】如图，在ABC中，CA=CB，点D 为BC中点，CEAD于点E，交AB于点F，连接DF。求证：AD=CF+DF.【解析】此题乍一看起来和【例1】一样，却不能照搬照抄。从要证明的结论来看，需要把AD这条线段转化到直线CF上。如图，过点B作BGCB，交CF的延长线于点G。则易证ACDCBG，于是AD=CG=CF+FG；BG=CD=BD，BF=BF，DBF=GBF=45，故BDFBGF，于是FD=FG，所以AD=CF+DF。关于一线三垂直模型及其在平面几何中的应用二一线三垂直的性质：1，模型中必定存在至少两个三角形相似，三对等角，三对成比例的边长；2，当模型中有一组对应边长相等时，则模型中必定存在全等三角形。【例3】如图，在ABC中，AB=AC，BAC=90，分别过B，C向过A点的直线作垂线，垂足分别为E，F。1如图1，过点A的直线与斜边BC不相交时，求证：EF=EB+CF；2如图2，过点A的直线与斜边BC相交时，其他条件不变，假设BE=10，CF=3.求EF的长。【提示】1图1是一线三垂直的根底模型，ABECAF；2图2是一线三垂直的变形4，和【例1】一样。【例4】如图，AEB中，AEB=90，以AB为边向外作正方形ABCD，连接AC、BD，交于点O，连接EO。假设BE=2，EO=32，求五边形AEBCD的面积。【解析】因为ABC=AEB=90，故构造一线三垂直模型，如图。过点C作CPEB，交EB延长线于点P，连接OP。则根据一线三垂直模型的性质，AEBBPC，BP=AE；AOB=AEB=90，A、E、B、O四点共圆详见四点共圆在解题中的妙用一，BEO=BAO=45；同理BPO=BCO=45，故EOP为等腰直角三角形；EO=32，EP=6，BP=4，根据勾股定理，AB=16+4=20，即S正方形ABCD=20，SAEB=422=4，S五边形AEBCD=20+4=24.关于一线三垂直模型及其在平面几何中的应用三【例5】ABC中，ACB=90，AC=BC，CD为AB边上的中线，点E为BC边上任意一点不与A、D、B重合，BFCE于点F，交CD于点G，AHCE，交CE延长线于点H，交CD延长线于点M。求证：1CG=AE；2DE=DM。【提示】1根据一线三垂直模型，ACHCBF，ACE=CBG，又CAE=BCG=45，AC=BC，ACEBCG；2由一线三垂直模型可知，ACE=CBG，BF=CH，HCM=FBE，又BFE=CHM=90，CHMBFE，BE=CM，从而DE=DM。同时我们也应该注意到：ACMCBE；ADMCDEBDG；AHECFG；DM=DG=DE；GEM为等腰直角三角形等。构造一线三垂直模型，是作辅助线常用的一种手段。【例6】如图，直线l1l2l3，且l1到l2的距离为3，l2到l3的距离为4，等腰直角ABC的直角顶点C在l2上，点A、B分别在l1、l3上。求ABC的面积。【提示】过点C作l2的垂线，分别交l1和l3于点D、E，构造一线三垂直模型，则CD=3，AD=CE=4，AC=5.关于一线三垂直模型及其在平面几何中的应用四【例7】2018初二希望杯练习题如图，四边形ABCD为直角梯形，ADBC，BCD=90，AB=BC+AD，DAC=45，E为CD上一点，且BAE=45，假设CD=4，求ABE的面积。【解析】如图，过点E作EGAE，交AB延长线于点G，过点G作GHDC，交DC延长线于点H，构造一线三垂直模型；过点G作GKBC于点K，过点B作BFAD于点F。则ADEEHG，DE=GH；AD=EH=CD，DE=CH，故四边形CKGH为正方形。AF=4-BC，AB=4+BC，BF=4，4+BC=4-BC+4，解得：BC=1，所以AB=5；设DE=*，则BK=1-*，GK=*，AE=*+4AEG为等腰直角三角形，AG=2AE，5+BG=2*+4，将BG代入，化简得：7*-4=0，*=4/7，ABE面积=梯形ABCD面积-ADE面积-BCE面积=1+442-44/72-1(4-4/7)2=50/7。在直角坐标系中构造一线三垂直模型，是解决坐标问题的一种有效手段。【例8】如图，在直角坐标系中，点A1，2，点B0，-1，ABC为等腰直角三角形，求点C的坐标。【解析】设Cm，p。1当BAC为直角时：当点C在AB右侧时，如图1。过点A作DE*轴，交y轴于点D，过点C作CEDE于点E。根据一线三垂直模型，ABDACE，DB=AE，CE=DA，即：m-1=3，2-p=1，解得：m=4，p=1，C4，1；当点C在AB左侧时，如图2。过点A作DE*轴，交y轴于点D，过点C作CEDE于点E。根据一线三垂直模型，ABDACE，DB=AE，CE=DA，即：1-m=3，p -2=1，解得：m=-2，p=3，C-2，3；或者用以下方法：此时，点C和中的C关于点A对称，故m=21-4=-2，p=221=3.2当ABC为直角时：当点C在AB右侧时，如图3。过点A作AE*轴，交y轴于点E，过点C作CDy轴于点D。根据一线三垂直模型，ABEBCD，DB=AE，BE=CD，即：-1-p=1，m=3，解得：m=3，p=-2，C3，-2；当点C在AB左侧时，如图4。过点B作DE*轴，过点C作CDDE于点D，过点A作AEDE于点E。根据一线三垂直模型，ABEBCD，BE=CD，BD=AE，即：0-m=3，p -1=1，解得：m=-3，p=0，C-3，0；或者用以下方法：此时，点C和中的C关于点B对称，故m=20-3=-3，p=-12-2=0.3当ACB为直角时：当点C在AB右侧时，如图5。过点C作CD*轴，过点A作ADCD于点D，CD交y轴于点E。根据一线三垂直模型，ACDCBE，BE=CD，CE=DA，即：m=2-p，p-1=m-1，解得：m=2，p=0，即CD与*轴重合，点E与O重合，C2，0；当点C在AB左侧时，如图6。过点C作CD*轴，过点A作ADCD于点D，CD交y轴于点E。根据一线三垂直模型，ACDCBE，BE=CD，CE=DA，即：1-m= p-1，2-p = 0-m，解得：m=-1，p=1，C-1，1。或者用以下方法：此时，点C和中的C关于AB的中点对称，AB的中点坐标为0.5，0.5，故m=20.5-2=-1，p=0.520=1.综上所述：符合条件的点C的坐标有6个：4，1；-2，3；3，-2；-3，0；2，0；-1，1。关于一线三垂直模型及其在平面几何中的应用五前面讨论的是关于一线三垂直模型有两条边相等时的情况。如果不存在两条边相等，则一线三垂直模型的性质是必然存在一对或几对相似三角形，这个性质在初中平面几何中的应用也是十分广泛，尤其在直角坐标系中的函数图像与平面几何的综合应用题或压轴题经常得到应用，也是作辅助线的思想方法。经常出现的图例跟前面介绍的一样关于一线三垂直模型及其在平面几何中的应用一，只是直角的两条边不一定相等。【例9】如图，在直角坐标系中，点A1，3，点B2，-1，坐标轴上是否存在点C，使得ACB为直角？假设存在，请求出点C的坐标；假设不存在，请说明理由。【解析】1当点C在y轴上时：如图1，设C0，c，分别过点A、B作*轴的平行线，交y轴于点D、E。则根据一线三垂直模型，ACDCBE，ADCE=CDBE，即：1(c+1)=(3-c)2，解得：c1=1+2，c2=1-2，故C0，1+2；或C0，1-2；2当点C在*轴上时：如图2，设Cc，0，分别过点A、B作y轴的平行线，交*轴于点D、E。则根据一线三垂直模型，ACDCBE，ADCE=CDBE，即：32-c=1-c2，或3c-2=c-12，综上所述，符合条件的点C的坐标有4个，分别为：0，1+2；0，1-2；【例10】如图，在直角坐标系中，点A1，3，点B2，-1，在一次函数y=*/2-1的图像上是否存在点C，使得ACB为直角？假设存在，请求出点C的坐标；假设不存在，请说明理由。【解析】设ACB为直角时，点Cc，c/2-1，如图1，过点C作y轴的平行线DE，分别过点A、B作DE的垂线，垂足分别为D、E。由一线三垂直模型可知：ACDCBE，ADCE=CDBE，即：(c-1)(c/2-1)+1)=(3-(c/2-1)(c-2)，化简得：5c-20c+8=0，解得：. z.