折出来的惊奇

时间:2022-10-15 04:15:10

苏科版七(下)教材第42页上第19题是一道关于三角形折叠的角度猜想验证的问题,问题如下:

如图1,将ABC纸片沿着DE折叠,使点A落在四边形BCDE内点A′的位置,探索∠A与∠1+∠2的数量关系,并说明理由.

在研究这个问题时,我们可以分别测量∠A与∠1、∠2的度数,再研究∠1+∠2的度数和∠A的度数之间的数量关系,可以猜想∠1+∠2=2∠A.

但是,这个问题需要说明理由,因此我们需要逐步进行研究. 这里可能要用到三角形外角的一个重要性质:三角形的一个外角等于不相邻的两个内角的和.

首先,我们可以做特殊化处理如下:

如图2,如果纸片沿直线DE折叠,使点A′正好落在直线AC上,此时∠1=∠BEA′,∠2为0°. 根据折叠的性质可知∠DA′E=∠A,∠BEA′=∠A+∠DA′E=2∠A,因此∠1+∠2=2∠A. 由此可见,猜想成立.

当然,如图3,如果纸片沿直线DE折叠,使点A′正好落在直线AB上,实际上与图2是同一种类型. 此时∠2=∠CDA′,∠1=0°,根据折叠的性质可知∠DA′E=∠A,∠CDA′=∠A+∠DA′E=2∠A,因此得到∠1+∠2=2∠A. 由此可见,猜想依然成立.

然后,我们再思考这个结论在图1中的一般性的情况下是否依然成立.

证法一:如图4,根据平角的定义和折叠的性质,得:∠1+∠2=360°-2(∠3+∠4).

又因为∠3+∠4=180°-∠A,所以∠1+∠2=360°-2(180°-∠A)=2∠A.

证法二:如图4,因为∠1+∠2+∠3+∠4+∠B+∠C=360°,

且∠3+∠4=180°-∠A′=180°-∠A,∠B+∠C=180°-∠A,

所以得到:∠1+∠2+(180°-∠A)+(180°-∠A)=360°,

则∠1+∠2-2∠A=0,所以∠1+∠2=2∠A.

证法三:如图5,连接AA′. 因为∠1=∠EAA′+∠EA′A=2∠EAA′,∠2=∠DAA′+∠DA′A=2∠DAA′,

所以∠1+∠2=2∠EAA′+2∠DAA′=

2(∠EAA′+∠DAA′)=2∠A.

由此可见,猜想肯定成立.

通过以上两类图形的研究,我们可以发现,折叠后点A的位置可以在三角形的边所在的直线上,也可以在∠A内. 当折叠后的点在∠A的外部,以上结论是否还成立?于是我们可以作出图6(与图7是同一种类型).

如图6,因为∠1=∠3+∠A,∠3=∠2+∠A′,所以∠1=∠2+∠A′+∠A=∠2+2∠A,所以∠1-∠2=2∠A.

换成图7,结论就变成了∠2-∠1=2∠A,因此以上的结论肯定是变化了!

同学们,通过以上探究,你们应该掌握了基本的解题方法了吧?我们能否再进一步,解答以下一题?

如图8,如果把四边形ABCD沿EF折叠,使点A、D落在四边形BCFE的内部A′、D′的位置,你能求出∠EAD、∠ADF、∠1与∠2之间的关系吗?并且说明理由.

结论是∠1+∠2=2(∠A+∠D)-360°,这个结论很特别. 其实,最简单的方法是如下解法:

如图9,延长EA′、FD′交于点P′,延长EA、FD交于点P,

则∠P=∠EAD-∠ADP=∠EAD-(180°-∠ADF)=∠EAD+∠ADF-180°,

所以∠1+∠2=2∠P′=2∠P=2(∠EAD+∠ADF-180°)=2(∠EAD+∠ADF)-360°,

即2(∠EAD+∠ADF)-(∠1+∠2)=360°.

(作者单位:江苏省扬州大学附属中学东部分校)

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