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网格中的旋转变换——无刻度直尺作图

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网格中的旋转变换——无刻度直尺作图

在网格背景下的无刻度直尺作图,核心就是寻找合适的格点并连接,从而得到所需要的图形。在网格背景下,每个网格都是正方形,连接格点时,若两格点在同一网格线上,则连接线长度为整数,若两端点不属于上述情况,则可利用勾股定理求其长度。

理论上去掉网格背景后,图形关系仍然成立,因此在网格背景下的作图题,实质仍然是全等三角形、相似三角形、勾股定理等。

题目

如图是由边长为1的小正方形构成的6×6网格,每个小正方形的顶点叫格点,A,B,D是格点,E是AD与网格线的交点,仅用无刻度直尺在给定的网格中画图,画图过程用虚线,画图结果用实线表示.

(1)直接写出图中AE的长为_________;

(2)在图1中画出等腰Rt△EBG,使∠EBG=90°;

(3)在图2中先平移线段AB至DC(A对应D,B对应C),再在线段DC上画一点H,使得EH=AE+CH.

解析:

0 1

(1)一眼看出结果的背后,是顺畅的识图与推导:

用九年级相似来解决,最为简单,显然在网格中求AD比较容易,AD=√10,而根据网格特征,AE=1/3AD=√10/3;

八年级学生如何解决,我们需要更多其它推导结果,首先是AB与AD的位置关系,如下图:

我们再取两个格点G,H之后,构造出一对全等三角形,△ADG≌△BAH,∠ADG=∠BAH,且∠ADG+∠DAG=90°,所以∠ABH+∠DAG=90°,即∠DAB=90°,熟悉这一对全等三角形的结构,后面网格作图中的许多垂直关系便由此奠定基础了。

此时我们得到∠DAB=90°,然后在Rt△ABE中,作高AF,如下图:

不妨设EF=x,则BE=3+x,在Rt△AEF中,由勾股定理得AE²=x²+1,在Rt△ABE中,仍由勾股定理得AE²=(x+3)²-10,可求得x=1/3,最后再求出AE=√10/3;

0 2

(2)由网格范围限制,G点一定在B点下方,然而点E并不在格点,而是格线上的一个交点,我们需要将它转化到点B所在的垂直网格线上,此时在前面推导出的∠DAB=90°,以及AD=AB派上用场了,只不过我们要从旋转角度来理解它们的关系,即线段AB绕点A顺时针旋转了90°得到线段AD,我们将这种旋转思想进行到底,将线段AB绕点B逆时针旋转90°,得到线段BM,如下图:

易得正方形ADMB,于是,△ABE也可以顺带被旋转到正方形的BM边外,如下图:

显然△EBG就是所求作的等腰直角三角形;

0 3

(3)其实在前一问当中,我们已经将AB平移了,换个字母作图如下:

请注意我们特意保留了前一问中的那一对全等三角形,因为利用它们,AE可转移至CG,所以现在的问题就转换成在DG上求一点H,使EH=GH,从而将两条线段和变成了一条线段GH;

我们再次恢复前一问的等腰直角三角形,它的直角处作角平分线,利用方格的特征,连接一条对角线即可,如下图:

显然BH是△EBG的顶角平分线,于是BH是EG的垂直平分线,它与DG交于点H,则点H到点E、G的距离相等,EH=GH=AE+CH.

解题反思

我们去掉上题中的网格,会发现,呈现出来的都是平时练习中的基本图形,如下图:

这些基本图形涉及到的例题和习题,在学生看来,并无困难,然而转换一下网格背景,立刻不知所措,网格线就是其中的一条或若干条线段,包含辅助线,把这些缺失的线条补充起来,是学生真正感到困难的地方。

由于网格作图只能连接格点,因此连接之前需要想清楚,这条连线的作用是什么,常见的旋转模型均可在网格作图中实现,在平时教学中可以有意识地渗透这种作图思想,这对于学生深入理解全等三角形、平行四边形等特殊图形的图形性质有极大的帮助。

纵观全国各省市的中考题,天津、武汉两地的网格作图题已形成独特的风格,在教材中,网格作图在勾股定理的探索时体现较多,而在全等三角形、平行四边形章节中出现频率不高,这说明我们在作业设计中对这一类题型涉及较少,应该予以补充。

无刻度直尺作图与尺规作图是有关联的,可以说,尺规作图仍然是基础,网格可以部分替代圆规的作用,合理利用好网格线,构造需要的直角三角形、平行四边形,从而作出符合要求的图形。

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