21. (本题满分10分)

【问题提出】如图,通过拼摆两个含$30^{\circ}$角的全等的三角尺发现,两个三角尺恰好可以拼成一个等边三角形,从而得出猜想:在直角三角形中,若一个锐角为$30^{\circ}$,则它所对的直角边等于斜边的一半。通过实验提出猜想后,如何通过几何推理严格证明该性质?
【思路启迪】从逻辑推理的角度思考:如何通过添加辅助线将含$30^{\circ}$的直角三角形转化为等边三角形或其他特殊图形,从而将边角关系转化为已知定理?
已知:如图,$Rt \triangle ABC$中,$\angle C = 90^{\circ}$,$\angle A = 30^{\circ}$。求证:$BC = \frac{1}{2}AB$。
请在图中添加辅助线,将含$30^{\circ}$的直角三角形转化为等边三角形或其他特殊图形,要求:用两种不同的方法(后续论证方法不同)在图中添加辅助线,并用简短、专业的数学语言描述如何添加辅助线。

【逻辑论证】在上述方法中选择一种,完成证明。
【触类旁通】完成了命题“在直角三角形中,如果一个锐角等于$30^{\circ}$,那么它所对的直角边等于斜边的一半”的证明后,反过来思考:它的逆命题是否成立呢?
(1) 请补充完整它的逆命题:在直角三角形中,如果
(2) 请判断该逆命题是否成立,并说明你的理由。
【问题提出】如图,通过拼摆两个含$30^{\circ}$角的全等的三角尺发现,两个三角尺恰好可以拼成一个等边三角形,从而得出猜想:在直角三角形中,若一个锐角为$30^{\circ}$,则它所对的直角边等于斜边的一半。通过实验提出猜想后,如何通过几何推理严格证明该性质?
【思路启迪】从逻辑推理的角度思考:如何通过添加辅助线将含$30^{\circ}$的直角三角形转化为等边三角形或其他特殊图形,从而将边角关系转化为已知定理?
已知:如图,$Rt \triangle ABC$中,$\angle C = 90^{\circ}$,$\angle A = 30^{\circ}$。求证:$BC = \frac{1}{2}AB$。
请在图中添加辅助线,将含$30^{\circ}$的直角三角形转化为等边三角形或其他特殊图形,要求:用两种不同的方法(后续论证方法不同)在图中添加辅助线,并用简短、专业的数学语言描述如何添加辅助线。
【逻辑论证】在上述方法中选择一种,完成证明。
【触类旁通】完成了命题“在直角三角形中,如果一个锐角等于$30^{\circ}$,那么它所对的直角边等于斜边的一半”的证明后,反过来思考:它的逆命题是否成立呢?
(1) 请补充完整它的逆命题:在直角三角形中,如果
一条直角边等于斜边的一半
,那么这条直角边所对的锐角等于30°
;(2) 请判断该逆命题是否成立,并说明你的理由。
答案
【思路启迪】
|分类|方法一|方法二|
|----|----|----|
|画图及描述|延长BC至点D,使CD=BC,连接AD。|取AB的中点D,连接CD。|
【逻辑论证】(选择方法一)
证明:延长BC至D,使CD=BC,连接AD。
∵∠ACB=90°,∴∠ACD=90°。
在△ABC和△ADC中,
$\begin{cases} BC=DC \\ ∠ACB=∠ACD \\ AC=AC \end{cases}$,
∴△ABC≌△ADC(SAS)。
∴AD=AB,∠DAC=∠BAC=30°。
∴∠DAB=∠DAC+∠BAC=60°。
∵AD=AB,∠DAB=60°,
∴△ABD是等边三角形。
∴AB=BD。
∵BD=BC+CD=2BC,
∴AB=2BC,即$BC=\frac{1}{2}AB$。
【触类旁通】
(1)一条直角边等于斜边的一半;这条直角边所对的锐角等于30°。
(2)成立。
理由:在Rt△ABC中,∠C=90°,设BC=$\frac{1}{2}AB$。取AB中点D,连接CD。
∵∠C=90°,D为AB中点,∴CD=$\frac{1}{2}AB$=AD=BD。
∵BC=$\frac{1}{2}AB$,∴CD=BC。
∵BD=CD,∴△BCD是等边三角形。
∴∠B=60°,∴∠A=90°-60°=30°。
|分类|方法一|方法二|
|----|----|----|
|画图及描述|延长BC至点D,使CD=BC,连接AD。|取AB的中点D,连接CD。|
【逻辑论证】(选择方法一)
证明:延长BC至D,使CD=BC,连接AD。
∵∠ACB=90°,∴∠ACD=90°。
在△ABC和△ADC中,
$\begin{cases} BC=DC \\ ∠ACB=∠ACD \\ AC=AC \end{cases}$,
∴△ABC≌△ADC(SAS)。
∴AD=AB,∠DAC=∠BAC=30°。
∴∠DAB=∠DAC+∠BAC=60°。
∵AD=AB,∠DAB=60°,
∴△ABD是等边三角形。
∴AB=BD。
∵BD=BC+CD=2BC,
∴AB=2BC,即$BC=\frac{1}{2}AB$。
【触类旁通】
(1)一条直角边等于斜边的一半;这条直角边所对的锐角等于30°。
(2)成立。
理由:在Rt△ABC中,∠C=90°,设BC=$\frac{1}{2}AB$。取AB中点D,连接CD。
∵∠C=90°,D为AB中点,∴CD=$\frac{1}{2}AB$=AD=BD。
∵BC=$\frac{1}{2}AB$,∴CD=BC。
∵BD=CD,∴△BCD是等边三角形。
∴∠B=60°,∴∠A=90°-60°=30°。
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