动点存在性问题一直是中考的热点和难点,其中相似三角形存在性问题是一种重要的题型,教学中教者发现,部分学生对于此类问题依然不能很好地去分析解决,甚至于脑海一片空白,甚是遗憾!尽管教者课堂上多次强调了解题策略,但还是无法起到全面覆盖性作用,借此文盼同学彻底掌握此种题型的通解通法,明白了解题原理真是简单!
我们知道,当题目表述成文字形式的“相似”而不是符号表达的“∽”,此时两个相似三角形就不存在对应关系,分类复杂难辨!但命此类题大多都是有迹可循的,往往题目中涉及的两个相似三角形会存在一组关键的相等角,这组相等的角一定是对应角,从而将复杂难辨的多种分类迅速简化成最多两类情形,下面一题来论,你会更清楚!解题的关键是找到一组关键的相等角,这是第一步,而这组相等的角有时题目会很明显地交代出来,有时比较隐晦,需要自己有意识地去寻找这些特殊关系!
类型1 纯几何的三角形相似的存在性问题
例1.在矩形ABCD中,AB=6,AD=8,点E是边AD上一点,EM⊥EC交AB于点M,点N在射线MB上,且AE是AM和AN的比例中项.
(1)如图1,求证:∠ANE=∠DCE;
(2)如图2,当点N在线段MB之间,联结AC,且AC与NE互相垂直,求MN的长;
(3)连接AC,是否存在△AEC与以点E、M、N为顶点所组成的三角形相似,若存在求DE的长,若不存在,说明理由.
【分析】(1)由比例中项知AM/AE=AE/AN,据此可证△AME∽△AEN得∠AEM=∠ANE,再证∠AEM=∠DCE可得答案;
(2)先证∠ANE=∠EAC,结合∠ANE=∠DCE得∠DCE=∠EAC,从而知DE/DC=DC/AD,据此求得AE=8﹣9/2=7/2,由(1)得∠AEM=∠DCE,据此知AM/AE=DE/DC,求得AM=21/8,由AM/AE=AE/AN求得MN=49/24;
(3)分∠ENM=∠EAC和∠ENM=∠ECA两种情况分别求解可得.
【解答】(1)∵AE是AM和AN的比例中项∴AM/AE=AE/AN,
∵∠A=∠A,∴△AME∽△AEN,∴∠AEM=∠ANE,
∵∠D=90°,∴∠DCE+∠DEC=90°,
∵EM⊥BC,∴∠AEM+∠DEC=90°,∴∠AEM=∠DCE,∴∠ANE=∠DCE;
(2)∵AC与NE互相垂直,∴∠EAC+∠AEN=90°,
∵∠BAC=90°,∴∠ANE+∠AEN=90°,∴∠ANE=∠EAC,
由(1)得∠ANE=∠DCE,∴∠DCE=∠EAC,
∴tan∠DCE=tan∠DAC,∴DE/DC=DC/AD,
∵DC=AB=6,AD=8,∴DE=9/2,∴AE=8﹣9/2=7/2,
由(1)得∠AEM=∠DCE,∴tan∠AEM=tan∠DCE,
∴AM/AE=DE/DC,∴AM=21/8,
∵AM/AE=AE/AN,∴AN=14/3,∴MN=49/24;
(3)存在。
理由:∵∠NME=∠MAE+∠AEM,∠AEC=∠D+∠DCE,
又∠MAE=∠D=90°,由(1)得∠AEM=∠DCE,∴∠AEC=∠NME,
若当△AEC与以点E、M、N为顶点所组成的三角形相似时
①∠ENM=∠EAC,如图2,
∴∠ANE=∠EAC,由(2)得:DE=9/2;
②∠ENM=∠ECA,如图3,
过点E作EH⊥AC,垂足为点H,
由(1)得∠ANE=∠DCE,∴∠ECA=∠DCE,∴HE=DE,
又tan∠HAE=HE/AH=DC/AD=6/8,
设DE=3x,则HE=3x,AH=4x,AE=5x,
又AE+DE=AD,∴5x+3x=8,解得x=1,∴DE=3x=3,
综上所述,DE的长分别为9/2或3.
类型2 函数背景下的三角形相似的存在性问题
例2.已知抛物线y=1/2x+bx+c经过点A(﹣2,0),B(0、﹣4)与x轴交于另一点C,连接BC.
(1)求抛物线的解析式;
(2)如图,P是第一象限内抛物线上一点,且S△PBO=S△PBC,求证:AP∥BC;
(3)在抛物线上是否存在点D,直线BD交x轴于点E,使△ABE与以A,B,C,E中的三点为顶点的三角形相似(不重合)?若存在,请求出点D的坐标;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)利用待定系数法求抛物线的解析式;
(2)令y=0求抛物线与x轴的交点C的坐标,作△POB和△PBC的高线,根据面积相等可得OE=CF,证明△OEG≌△CFG,则OG=CG=2,根据三角函数列式可得P的坐标,利用待定系数法求一次函数AP和BC的解析式,k相等则两直线平行;
(3)先利用概率的知识分析A,B,C,E中的三点为顶点的三角形,有两个三角形与△ABE有可能相似,即△ABC和△BCE,
①当△ABE与以A,B,C中的三点为顶点的三角形相似,如图2,根据存在公共角∠BAE=∠BAC,可得△ABE∽△ACB,列比例式可得E的坐标,利用待定系数法求直线BE的解析式,与抛物线列方程组可得交点D的坐标;
②当△ABE与以B,C、E中的三点为顶点的三角形相似,如图3,同理可得结论.
【解答】(1)把点A(﹣2,0),B(0、﹣4)代入抛物线y=1/2x+bx+c中得:2-2b+c=0, c=-4,解得:b=-1,c=-4,
∴抛物线的解析式为:y=1/2x2﹣x﹣4;
(2)当y=0时,1/2x2﹣x﹣4=0,
解得:x=﹣2或4,
∴C(4,0),
如图1,过O作OE⊥BP于E,过C作CF⊥BP于F,设PB交x轴于G,
∵S△PBO=S△PBC,∴1/2PB·OE=1/2PB·CF,∴OE=CF,
易得△OEG≌△CFG,∴OG=CG=2,
设P(x,1/2x﹣x﹣4),过P作PM⊥y轴于M,
tan∠PBM=PM/BM=OG/OB=2/4=1/2,
∴BM=2PM,∴4+1/2x﹣x﹣4=2x,x﹣6x=0,x=0(舍),x=6,
∴P(6,8),易得AP的解析式为:y=x+2,BC的解析式为:y=x﹣4,∴AP∥BC;
(3)以A,B,C,E中的三点为顶点的三角形有△ABC、△ABE、△ACE、△BCE,四种,其中△ABE重合,不符合条件,△ACE不能构成三角形,
∴当△ABE与以A,B,C,E中的三点为顶点的三角形相似,存在两个三角形:△ABC和△BCE,
①当△ABE与以A,B,C中的三点为顶点的三角形相似,如图2,
∵∠BAE=∠BAC,∠ABE≠∠ABC,∴∠ABE=∠ACB=45°,
∴△ABE∽△ACB,∴AB/AC=AE/AB,∴2√5/6=AE/2√5,
∴AE=10/3,OE=10/3﹣2=4/3,∴E(4/3,0),
∵B(0,﹣4),易得BE:y=3x﹣4,
则1/2x﹣x﹣4=3x﹣4,x=0(舍),x=8,∴D(8,20);
②当△ABE与以B,C、E中的三点为顶点的三角形相似,如图3,此时E在C的左边,
∵∠BEA=∠BEC,∴当∠ABE=∠BCE时,△ABE∽△BCE,
∴AB/BC=BE/CE=2√5/4√5,
设BE=2√5m,CE=4√2m,
Rt△BOE中,由勾股定理得:BE=OE+OB,
∴4+(4√2m-4) =(2√5 m) ,3m﹣8√2m+8=0,
(m﹣2√2)(3m﹣2√2)=0,
m=2√2,m=2√2/3,∴OE=4√2m﹣4=12或4/3,
∵OE=4/3<2,∠AEB或∠BEC是钝角,此时△ABE与以B,C、E中的三点为顶点的三角形不相似,如图4,∴E(﹣12,0);
同理得BE的解析式为:y=﹣1/3x﹣4,
﹣1/3x﹣4=1/2x﹣x﹣4,x=4/3或0(舍)∴D(4/3,﹣40/9);
同理可得E在C的右边时,△ABE∽△BCE,
∴OE=﹣12(舍)或4/3,
∵OE=4/3<4,∠BEC是钝角,此时△ABE与以B,C、E中的三点为顶点的三角形不相似,
综上,点D的坐标为(8,20)或(4/3,﹣40/9).
牛刀小试:
1.如图①,在△ABC中,∠ACB=90°,BC=6cm,动点P以2cm/s的速度在△ABC的边上沿A→B的方向匀速运动,动点Q在△ABC的边上沿C→A的方向匀速运动,P、Q两点同时出发,5s后,点P到达终点B,点Q立即停止运动(此时点Q尚未到达点A).设点P运动的时间为t(s),△APQ的面积为S(cm2),S与t的函数图象如图②所示.
(1)图①中AC=______cm,点Q运动的速度为_____cm/s;
(2)求函数S的最大值;
(3)当t为何值时,以A、P、Q为顶点的三角形与△ABC相似?请说明理由.
【参考答案】(1)8,1;
(2)过点P作PH⊥AQ于H,则PH∥BC,
由题意得,AP=2t,CQ=8﹣t,∴PH=6/5t,
∴S=1/2×6/5t×(8﹣t)=﹣3/5t +24/5t=﹣3/5(t﹣4)+48/5;
当t=4s时,S有最大值=48/5(cm2);
(3)①∵∠A为公共角,
∴当AP:AB=AQ:AC时,△APQ∽△ABC,∴2t/10=(8-t)/8,解得:t=40/13s,
②∵∠A为公共角,
∴当AP:AC=AQ:AB时,△APQ∽△ACB,
∴2t/10=(8-t)/10,解得:t=16/7s,
综上所述,当t为49/13或16/7时,以A、P、Q为顶点的三角形与△ABC相似.
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这一问题分类落脚点:
如△ABC 与 △DEF相似,在没有指明对应点的情况下,理论上应分六种情况讨论,但实际问题中通常不超过四种,常见有如下两种类型,每类分两种情况讨论就可以了。
A.两个直角三角形均为直角三角形,若△ABC 与 △DEF相似,∠B=∠C=90°,则应有讨论△ABC ∽△DEF或△ABC ∽△FED;
B.两个三角形有一个公共角∠A,若△ABC 与 △AEF相似,则应有讨论△ABC ∽△AEF或△ABC ∽△AFE;
总之探究相似三角形的存在性(评注由动点产生的相似三角形问题的一般解题途径为:①若两个三角形各边均未给出,则应先设所求点的坐标,进而用变量表达式来表示各边的长度,再利用相似关系列方程求解.
②求相似三角形的第三个顶点时,先要分析已知三角形的边和角的特点,进而得出其是否为特殊三角形,再根据未知三角形中,已知边与已知三角形中边的对应情形分类讨论。