2023年【通用版】中考数学培优专题讲义:12 “倍长中线”解决全等问题(解析版)

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2023年【通用版】中考数学培优专题讲义:12 “倍长中线”解决全等问题(解析版)

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2023年【通用版】中考数学培优专题讲义
第12讲 “倍长中线”解决全等问题专题
题型汇总
题型1:三角形一边上的中线小于其他两边和的一半(三角形三边关系)
小结:涉及三角形中线的问题,我们一般可采用倍中线法,把分居中线两旁的两条线和两个角综合到一个三角形中加以解决.
题型2:倍长中线后,证线段的倍数关系
小结:有些几何题在利用“倍长中线”证完一次全等三角形后,还需要再证一次全等三角形,既“二次全等”.
在证二次全等时,难点通常会体现在倒角上,常见的倒角的方法有:
(1)“8”字型;
(2)平行线型;
(3)180°(平角、三角形内角和);
(4)360°(周角、四边形内角和);
(5)小旗子(三角形外角和);
(6)90°(互余角).
题型3:倍长中线后,利用相似三角形的性质证线段的倍数关系
小结:倍长中线后,根据全等三角形的对应关系,找到相似三角形,然后根据相似三角形的性质,最后根据线段的比例关系求出线段之间的数量关系.
二、解题过程中常用的知识点
1、证明全等三角形的方法:SSS、SAS、AAS、ASA、HL
2、三角形的三边关系:
(1)任意两边之和大于第三边;
(2)任意两边之差小于第三边;
3、平行线的性质:
(1)两直线平行,同位角相等;
(2)两直线平行,内错角相等;
(3)两直线平行,同旁内角互补;
三、中点模型,提到中点,我们需要想到关于中点的以下知识点:①三角形中线平分三角形面积,等分点等分面积;②等腰三角形“三线合一”的性质;③直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半;④三角形中位线平行且等于第三边的一半. 这四点使我们已经深入学习过的有关中点运用的知识点,今天重点在结合四点的基础上探究另外一种中点模型,我们简称“平中对模型”,即“平行线+中点+对顶角”构造全等或相似模型,与倍长中线法相通。
【实训1】我们定义:如图1,在中,把点绕点顺时针旋转得到,把绕点逆时针旋转得到,连接.我们称△是的“旋补交差三角形”,连接、,我们将、所在直线的相交而成的角称之为 “旋补交差角”, 点到中点间的距离成为“旋转中距”.如图1,即为 “旋补交差角”, 即为 “旋补中距”.
(1)若已知图1中的长度等于4,当,则 “旋补交差角”   ,“旋补中距” 长度  ;
(2)若图1中的度数发生改变,则 “旋补交差角”度数是否发生改变?请证明你的结论,并直接判断 “旋补中距”是否也发生改变;
(3)已知图2中△是 “旋补交差三角形”, 的长度等于4,长度等于6,问是否存在最小值?如果存在,请求出具体的值,如果不存在,请说明理由.
【分析】(1)先证点,点,点共线,点,点,点共线,由“旋补交差角”的定义可求解,由“”可证△,可得,由直角三角形的性质可求的长;
(2)由“”可证△,可得,可求,由“”可证△,可得,可求;
(3)由(2)的结论可求,,由三边关系可求解.
【解答】解:(1)如图1,
把点绕点顺时针旋转得到,把绕点逆时针旋转得到,
,,,

,,,
点,点,点共线,点,点,点共线,
、的交点与点重合,
“旋补交差角” ,
,,,
△,

点是的中点,,

故答案为:,2;
(2) “旋补交差角”度数不变, “旋补中距”长度不变,理由如下:
把点绕点顺时针旋转得到,把绕点逆时针旋转得到,
,,,

在和△中,

△,

点,点,点,点四点共圆,

如图2,延长至,使,连接,,
,,
四边形是平行四边形,
,,


又,,
△,


(3)存在最小值,最小值为1,理由如下:
如图3,取中点,连接,,,
△是 “旋补交差三角形”,
,,
点是中点,,

在中,,
当点在线段上时,有最小值为.
【点评】本题是几何变换综合题,考查了全等三角形的判定和性质,平行四边形的判定和性质,直角三角形的性质,旋转的性质等知识,解题的关键是灵活运用所学知识解决问题,学会添加常用辅助线,构造全等三角形解决问题,属于中考压轴题.
【实训2】如图,在中,,,于点,点是的中点,连接.
(1)若,,求的长;
(2)求证:;
(3)求证:.
【分析】(1)根据勾股定理求出,根据三角形的面积公式计算,求出;
(2)根据题意得到,根据勾股定理计算即可证明;
(3)延长至点,使,连结,证明△,根据全等三角形的性质得到,,再证明,得到,证明结论.
【解答】(1)解:在中,,,,
由勾股定理得:,
,,
,即,
解得:;
(2)证明:点是的中点,



,,

(3)证明:延长至点,使,连结,
在和中,


,,








【点评】本题考查的是全等三角形的判定和性质、三角形的面积计算、勾股定理的应用,掌握全等三角形的判定定理和性质定理是解题的关键.
【实训3】(1)如图1,在中,,,平分.求证:;
(2)如图2,在中,点在边上,中线与相交于点,.求证:.
【分析】(1)求,,再求,得,即可证明;
(2)过点作交的延长线于点,先证明,得,得,证出,再得,即可证明.
【解答】证明:(1)在中,,,

平分,





(2)过点作交的延长线于点,
,,






,,


【点评】本题考查了等腰三角形的性质和判定,全等三角形的性质与判定,平行线的性质,解题关键是利用倍长中线构造全等三角形.
【实训4】如图1,在中,,、在边上,连接、,;
(1)求证:;
(2)如图2,为上一点,连接、,若,,求证:.
(3)如图3,在(2)的条件下,为上一点,连接,,为中点,连接,若,,求的长.
【分析】(1)如图1中,过点作于点.利用等腰三角形三线合一的性质解决问题即可;
(2)过点作交于点,证明可得结论;
(3)如图3中,延长到,使得,则,设,则.首先证明,再利用全等三角形的性质证明,可得结论.
【解答】(1)证明:如图1中,过点作于点.
,,,
,,

,即;
(2)证明:过点作交于点.
,,
是等边三角形,


,,
是等边三角形,









(3)解:如图3中,延长到,使得,则,设,则.

,,


,,,

,,












【点评】本题属于三角形专题,考查了等腰三角形的性质,等边三角形的判定和性质,全等三角形的判定和性质等知识,解题的关键是学会添加常用辅助线,构造全等三角形解决问题.
【实训5】(1)方法学习:数学兴趣小组活动时,张老师提出了如下问题:如图1,在中,,,求边上的中线的取值范围.
小明在组内经过合作交流,得到了如下的解决方法(如图,
①延长到,使得;
②连接,通过三角形全等把、、转化在中;
③利用三角形的三边关系可得的取值范围为,从而得到的取值范围是  ;
方法总结:上述方法我们称为“倍长中线法”.“倍长中线法”多用于构造全等三角形和证明边之间的关系.
(2)请你写出图2中与的数量关系和位置关系,并加以证明.
(3)深入思考:如图3,是的中线,,,,请直接利用(2)的结论,试判断线段与的数量关系,并加以证明.
【分析】(1)先判断出,由“”可证,得出,最后用三角形三边关系即可得出结论;
(2)由(1)知,,根据全等三角形的性质和平行线的判定即可得出结论;
(3)同(1)的方法得出,则,进而判断出,进而判断出,得出,,即可得出结论.
【解答】解:(1)如图2,延长到,使得,连接,
是的中线,

在和中,



在中,,
,,

故答案为:;
(2),且,
理由是:由(1)知,,
,,

(3),
理由:如图2,延长到,使得,连接,
由(1)知,,



由(2)知:,




在和中,







即:.
【点评】本题是三角形综合题,考查了全等三角形的判定和性质,倍长中线法,构造全等三角形是解本题的关键.
【实训6】如图,在和中,,,,绕点旋转.
(1)如图1,若连接,,则与的关系为  , ;
(2)如图2,若连接,,取中点,连接,探究与的关系,并证明你的结论;
(3)在(2)的条件下,当旋转到如图3的位置时,点落在延长线上,若,,请直接写出线段的长.
【分析】(1)由“”可证,得,,进而得出;
(2)延长交于点,延长到点,使,连接,先证,得,,再证,得,,则,然后证,即可得出;
(3)过点作于,由等腰直角三角形的性质可求,再由勾股定理求出的长,即可得出答案.
【解答】解:(1),,理由如下:
如图1,设与交于点,


即,
,,

,,




故答案为:,;
(2),,理由如下:
如图2,延长交于点,延长到点,使,连接,
是中点,

又,

,,







又,

,,







即;
(3)如图3,过点作于,
由(2)可知,,
,,,
,,



【点评】本题是几何变换综合题,考查了全等三角形的判定和性质、旋转变换的性质、等腰直角三角形的性质、直角三角形斜边上的中线性质、勾股定理等知识,本题综合性强,添加恰当辅助线构造全等三角形是本题的关键,属于中考常考题型.
【实训7】阅读下面的题目及分析过程,并按要求进行证明.
已知:如图,点是的中点,点在上,且.
求证:.
分析:证明两条线段相等,常用的方法是应用全等三角形或等腰三角形的判定和性质,观察本题中要证明的两条线段,它们不在同一个三角形中,且它们分别所在的两个三角形也不全等,因此,要证,必须添加适当的辅助线,构造全等三角形或等腰三角形.
(1)现给出如下两种添加辅助线的方法,请任意选出其中一种,对原题进行证明.
①如图1,延长到点,使,连接;
②如图2,分别过点、作,,垂足分别为点,.
(2)请你在图3中添加不同于上述的辅助线,并对原题进行证明.
【分析】(1)①如图1,延长到点,使,连接,先判断出,进而判断出,得出,,再判断出,即可得出结论;
②如图2,分别过点、作,,垂足分别为点,,先判断出,进而判断出,得出,再判断出,即可得出结论;
(2)如图3,过点作,交的延长线于点,先判断出,进而判断出,得出,,即可得出结论.
【解答】(1)①如图1,延长到点,使,连接,
点是的中点,

在和中,


,,




②如图2,分别过点、作,,垂足分别为点,,

点是的中点,

在和中,



在和中,



(2)如图3,
过点作,交的延长线于点,
则,
是中点,

在和中,


,,




【点评】此题是三角形综合题,主要考查了全等三角形的判定和性质,对顶角相等,平行线的性质,构造出全等三角形是解本题的关键.
【实训8】(1)如图1,在中,,,为边上的中线.延长到点,使,连接(或将绕着点逆时针旋转得到,把、,集中在中,利用三角形三边的关系即可判断中线的取值范围是  .
(2)如图2,在中,,为的中点,、分别在边、上,且,若,,求的长.
(3)如图3,四边形中,,,为中点,、分别边、上,且,若,,求长.
【分析】(1)如图1,作辅助线,构建三角形全等,由“”可证,可得,由三角形三边关系可得;
(2)如图2,作辅助线,构建三角形全等,由“”可证,可得,根据勾股定理可得的长,由等腰三角形的性质可得;
(3)如图3,作辅助线,构建三角形全等,由“”可证,可得,,由等腰三角形的性质可得,最后由含30度角的直角三角形的性质可得和的长,由勾股定理可得结论.
【解答】解:(1)如图1,延长到点,使,连接,
为边上的中线,




中,,
,即,



故答案为:;
(2)如图2,延长至,使,连接,,
同理得:,
,,




中,,

,,

(3)如图3,延长至,使,连接,,
同理得:,
,,
,,

延长,过作于,
,,


,,


【点评】本题是四边形综合题,考查了全等三角形的判定和性质,勾股定理,三角形三边关系等知识,运用类比的方法添加恰当辅助线构造全等三角形是本题的关键.
【实训9】(1)如图,是的中线,,则的取值范围是  
. . . .
(2)在(1)问的启发下,解决下列问题:如图,是的中线,交于,交于,且,求证:.
【分析】(1)延长到点,使,连接,易证明,得到;在中,根据三角形三边关系定理,得,即,即可得出的范围;
(2)利用(1)中,得出,,进而得出即可得出答案.
【解答】解:(1)延长到点,使,连接,
,,,


在中,根据三角形三边关系定理,得,
即,所以的范围是.
故选:.
(2),
,,






【点评】此题考查了三角形全等的判定方法;注意此题中的辅助线的作法.能够根据全等三角形的性质,把要求的线段和已知的线段转换到一该三角形,根据三角形的三边关系进行求解.
【实训10】(1)阅读理解:
如图①,在中,若,,求边上的中线的取值范围.
解决此问题可以用如下方法:延长到点使,再连接(或将绕着点逆时针旋转得到,把,,集中在中,利用三角形三边的关系即可判断.中线的取值范围是  ;
(2)问题解决:如图②,在中,是边上的中点,于点,交于点,交于点,连接,求证:;
(3)问题拓展:
如图③,在四边形中,,,以为顶点作,使得角的两边分别交,于、两点,连接,且,试探索与之间的数量关系,并加以证明.
【分析】(1)阅读理解:由“”可证,可得,由三角形三边关系可得;
(2)问题解决:由“”可证,可得,由等腰三角形的性质可得,由三角形三边关系可得;
(3)问题拓展:延长至点,使,连接,由“”可证,可得,由“”可证,可得,由四边形内角和定理可求解.
【解答】解:(1)阅读理解:
,,,

在中,


故答案为:;
(2)问题解决:
解:(1)延长到,使得,连接、.
,,,



在中,,即;
(3)问题拓展:,
理由如下:延长至点,使,连接,
,,
,且,,



在和中,




【点评】本题是四边形综合题,考查了全等三角形的判定和性质,四边形内角和定理等知识,添加恰当辅助线构造全等三角形是本题的关键.
【实训11】阅读理解:课外兴趣小组活动时,老师提出了如下问题:
如图1,中,若,,求边上的中线的取值范围.
小明在组内经过合作交流,得到了如下的解决方法:延长到,使得,再连接(或将绕点逆时针旋转得到,把、、集中在中,利用三角形的三边关系可得,则.
感悟:解题时,条件中若出现“中点”“中线”字样,可以考虑构造以中点为对称中心的中心对称图形,把分散的已知条件和所求证的结论集中到同一个三角形中.
(1)问题解决:受到(1)的启发,请你证明下面命题:如图2,在中,是边上的中点,,交于点,交于点,连接.
①求证:;②若,探索线段、、之间的等量关系,并加以证明;
(2)问题拓展:如图3,在平行四边形中,,是的中点,作,垂足在线段上,联结、,那么下列结论①;②;③;④.其中一定成立是 ①②④ (填序号).
【分析】(1)问题解决:①延长到,使得,连接、.(或把绕点逆时针旋转得到,利用三角形的三边关系即可解决问题;
②若,则,在中,根据,即可解决问题;
(2)问题拓展:由在平行四边形中,,是的中点,易得,继而证得①;然后延长,交延长线于,分别利用平行四边形的性质以及全等三角形的判定与性质得出,得出对应线段之间关系进而得出答案.
【解答】解:(1)①延长到,使得,连接、.(或把绕点逆时针旋转得到,
,,


在中,,即.
②若,则,
由①知,,
,即,
在中,,

(2):①是的中点,

在中,,





,故此选项正确;
②延长,交延长线于,
四边形是平行四边形,


为中点,

在和中,


,,




,故②正确;
③,


故错误;
④设,则,




,故此选项正确.
故答案为①②④.
【点评】本题考查四边形综合题、平行四边形的性质、全等三角形的判定和性质、三角形的三边关系、勾股定理、三角形的面积等知识,解题的关键是学会添加常用辅助线,构造全等三角形解决问题,属于中考压轴题.
【实训12】数学兴趣小组在活动时,老师提出了这样一个问题:如图1,在中,,,是的中点,求边上的中线的取值范围.
小明在组内经过合作交流,得到了如下的解决方法:延长到,使,请补充完整证明“”的推理过程.
(1)求证:
证明:延长到点,使
在和中(已作) 对顶角相等      (中点定义)
  
(2)探究得出的取值范围是  ;
【感悟】解题时,条件中若出现“中点”“中线”等字样,可以考虑延长中线构造全等三角形,把分散的已知条件和所求证的结论集合到同一个三角形中.
【问题解决】
(3)如图2,中,,,是的中线,,,且,求的长.
【分析】(1)延长到点,使,根据定理证明;
(2)根据全等三角形的性质、三角形的三边关系计算;
(3)延长交的延长线于,证明,根据全等三角形的性质解答.
【解答】解:(1)证明:延长到点,使,
在和中,
(已作),
(对顶角相等),
(中点定义),

故答案为:对顶角相等,;
(2),



故答案为:;
(3)延长交的延长线于,
,,

在和中,


,,




【点评】本题考查的是全等三角形的判定和性质、三角形的三边关系,掌握全等三角形的判定定理和性质定理是解题的关键.
【实训13】【初步探索】
(1)如图1,是的中线,探究与的大小关系.
小明同学探究此问题的方法是:延长至点,使,连接,先证明,可得出结论,他的结论应是  
【灵活运用】
(2)如图2,是的中线,、分别在、上,且,求证:.
【拓展延伸】
(3)如图3,为的角平分线,直线于点.点为上一点(与点不重合),周长记为,周长记为,比较与的数量关系并证明.
【分析】(1)根据全等三角形的判定定理和三角形的三边关系解答即可;
(2)延长至,使得,连接,,根据全等三角形的判定定理和三角形的三边关系解答即可;
(3)分两种情况进行解答即可.
【解答】解:(1)延长至点,使,连接,
在和中,





故答案为:;
(2)延长至,使得,连接,
在和中,



在和中


在中,两边之和大于第三边,
又,,
(3)①点在点右侧时
延长到,使,连接,

在和中,


,,为三边,




②点在点左侧时,同理.
综上,
【点评】本题考查的是全等三角形的判定和性质、三角形三边关系,掌握全等三角形的判定定理和性质定理是解题的关键.
【实训14】(1)阅读理解:
如图①,在中,若,,求边上的中线的取值范围是  
(提醒:解决此问题可以用如下方法;延长到点使,再连接(或将绕着点顺时针旋转180得到.把,,集中在中,利用三角形三边的关系可判断.
(2)问题解决:如图②,在中是边上的中点,于点,交于点,交于点,连接,求证:;
(3)问题拓展:如图③,在四边形中,,,,以为顶点作一个70角的两边分别交,于,两点,连接,探索线段,,之间的数量关系,并加以证明.
【分析】(1)延长至,使,由证明,得出,在中,由三角形的三边关系求出的取值范围,即可得出的取值范围;
(2)延长至点,使,连接、,同(1)得,得出,由线段垂直平分线的性质得出,在中,由三角形的三边关系得出即可得出结论;
(3)延长至点,使,连接,证出,由证明,得出,,证出,再由证明,得出,即可得出结论.
【解答】(1)解:延长至,使,连接,如图1所示:
是边上的中线,

在和中,,


在中,由三角形的三边关系得:,
,即,

故答案为:;
(2)证明:延长至点,使,连接、,如图2所示:
同(1)得:,

,,

在中,由三角形的三边关系得:,

(3)解:;理由如下:
延长至点,使,连接,如图3所示:
,,

在和中,,

,,
,,


在和中,,




【点评】此题是三角形综合题,主要考查了三角形的三边关系、全等三角形的判定与性质、角的关系等知识;本题综合性强,有一定难度,通过作辅助线证明三角形全等是解决问题的关键.
【实训15】课外兴趣小组活动时,老师提出了如下问题:
如图1,中,若,,求边上的中线的取值范围.
小明在组内经过合作交流,得到了如下的解决方法:延长到,使,再连接,(或将绕点逆时针旋转得到,把、、集中在中,利用三角形的三边关系可得,则.
感悟解题时,条件中若出现“中点”“中线”字样,可以考虑构造以中点为对称中心的中心对称图形,把分散的已知条件和所求证的结论集中到同一个三角形中.
(1)解决问题:受到(1)的启发,请你证明下列命题:如图2,在中,是边上的中点,,交于点,交于点,连接.
①求证:;
②若,探索线段、、之间的等量关系,并加以证明
(2)问题拓展:如图3,在四边形中,,,,以为顶点作一个的角,角的两边分别交、于、两点,连接,探索线段、、之间的数量关系,并加以证明.
【分析】(1)①延长到点使,连接,,就有,连接、,可证,则,由三角形的三边关系就可以得出结论;②由就可以得出,就可以得出,由勾股定理就可以得出结论;
(2)延长到使,连接可以得出就有,,由,,可以得出,进而得出,就有,得出,得出结论.
【解答】解:(1)①如图2,延长到点,使,连接,,


是的中点,

在和中,





②线段、、之间的等量关系为:.
证明:如图2,,

由①可得,,,
,,
,即,
中,,

(2)线段、、之间的数量关系为:,
理由:如图3,延长到,使,
,,

在和中,


,,
,,



在和中,






【点评】本题属于三角形综合题,主要考查了全等三角形的判定与性质,三角形的三边关系,勾股定理以及四边形的性质的综合运用,解答时作辅助线构造全等三角形,根据线段的和差关系,运用全等三角形对应边相等进行推导是解决问题的关键.
【实训16】课外兴趣小组活动时,老师提出了如下问题:
(1)如图1,中,若,,求边上的中线的取值范围.
小明在组内经过合作交流,得到了如下的解决方法:
延长到,使得,再连接(或将绕点逆时针旋转得到,把、、集中在中,利用三角形的三边关系可得,则.
感悟:解题时,条件中若出现“中点”“中线”字样,可以考虑构造以中点为对称中心的中心对称图形或全等三角形,把分散的已知条件和所求证的结论集中到同一个三角形中.
(2)问题解决:
受到(1)的启发,请你证明下面命题:如图2,在中,是边上的中点,,交于点,交于点,连接.
①求证:;②若,探索线段、、之间的等量关系,并加以证明;
(3)问题拓展:
如图3,在四边形中,,,,以为顶点作为角,角的两边分别交、于、两点,连接,探索线段、、之间的数量关系,并加以证明.
【分析】(2)①首先延长到,使得,进而得出,,以及,再利用三角形三边关系得出答案;
②由①知,,再利用勾股定理得出答案;
(3)利用全等三角形的判定与性质得出,进而得出,即,进而得出答案.
【解答】(2)证明:①如答题图1,延长到,使得,连接、.
则,,
,.
在中,,即.
解:②若,则,
由①知,,
,即,
在中,,

(3)解:如答题图2,将绕点逆时针旋转得到.
,,

点、、在同一直线上.
,,,
,故,即

在和中,

,即.
【点评】此题主要考查了几何变换综合以及全等三角形的判定与性质、勾股定理等知识,正确得出是解题关键.
【实训17】某校数学课外兴趣小组活动时,老师提出如下问题:
【探究】如图1,中,若,,点是的中点,试探究边上的中线的取值范围.小明在组内经过合作交流,得到了如下的解决方法:延长到,使,请补充完整证明“”的推理过程.
(1)求证:
证明:延长到点,使
在和中(已作) 对顶角相等 (中点定义)
  
(2)探究得出的取值范围是  ;
【感悟】解题时,条件中若出现“中点”“中线”等字样,可以考虑延长中线构造全等三角形,把分散的已知条件和所求证的结论集合到同一个三角形中.
【问题解决】
(3)如图2,是的中线,交于,交于,且.
求证:.
【分析】(1)延长到点,使,根据定理证明;
(2)根据全等三角形的性质得到,根据三角形三边关系计算;
(3)延长到,使,根据全等三角形的性质得到,,根据等腰三角形的性质证明即可.
【解答】(1)证明:延长到点,使,
在和中,
,(对顶角相等),(中点定义),

故答案为:对顶角相等;;
(2)解:,

,即,
故答案为:;
(3)证明:延长到,使,
由(1)得,,
,,




【点评】本题考查的是三角形的中线的概念和性质、全等三角形的判定和性质、三角形三边关系,掌握全等三角形的判定定理和性质定理是解题的关键.

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