(2025 乐山中考)两千多年前,古希腊数学家欧多克索斯发现:将一条线段 AB 分割成长、短两条线段 AC,CB,若短段与长段的长度之比等于长段的长度与全长之比,即$\frac {CB}{AC}=\frac {AC}{AB}$,则这种分割称为黄金分割,这个比值称为黄金比,点 C 叫做线段 AB 的黄金分割点.

【问题初探】
如图 1,已知点 C 为线段 AB 的黄金分割点($AC>BC$),求黄金比.
解:设$AB=1,AC=x$,则$CB=1-x$.
$\because \frac {CB}{AC}=\frac {AC}{AB},$
$\therefore$……
请补全以上解题过程;
【问题再探】
如图 2,在$Rt△ABC$中,$∠C=90^{\circ },BC=1,AC=2$,请作出 AC 的黄金分割点(要求:仅用圆规作图,不写作法,保留作图痕迹);
【知识迁移】
如图 3,点 C 为线段 AB 的黄金分割点($AC>BC$),分别以 AC,BC 为边在线段 AB 同侧作正方形 ACDE 和矩形 CBFD,连接 BD,BE. 求证:$△EAB∽ △BCD;$
【延伸拓展】
如图 4,在正五边形 ABCDE 中,对角线 AD 与 BE 交于点 M. 求证:点 M 是 AD 的黄金分割点.
【问题初探】
如图 1,已知点 C 为线段 AB 的黄金分割点($AC>BC$),求黄金比.
解:设$AB=1,AC=x$,则$CB=1-x$.
$\because \frac {CB}{AC}=\frac {AC}{AB},$
$\therefore$……
请补全以上解题过程;
【问题再探】
如图 2,在$Rt△ABC$中,$∠C=90^{\circ },BC=1,AC=2$,请作出 AC 的黄金分割点(要求:仅用圆规作图,不写作法,保留作图痕迹);
【知识迁移】
如图 3,点 C 为线段 AB 的黄金分割点($AC>BC$),分别以 AC,BC 为边在线段 AB 同侧作正方形 ACDE 和矩形 CBFD,连接 BD,BE. 求证:$△EAB∽ △BCD;$
【延伸拓展】
如图 4,在正五边形 ABCDE 中,对角线 AD 与 BE 交于点 M. 求证:点 M 是 AD 的黄金分割点.
答案
黄金比为$\frac{\sqrt{5}-1}{2}$;作图见解析;证明见解析;证明见解析。
解析
【问题初探】
∵$\frac{CB}{AC}=\frac{AC}{AB}$,$AB=1$,$AC=x$,$CB=1-x$,
∴$\frac{1-x}{x}=\frac{x}{1}$,即$x^2+x-1=0$,
解得$x=\frac{-1+\sqrt{5}}{2}$(负值舍去),
∴黄金比为$\frac{\sqrt{5}-1}{2}$。
【问题再探】
作图痕迹:以$B$为圆心,$BC$为半径画弧交$AB$于$F$;以$A$为圆心,$AF$为半径画弧交$AC$于$D$,点$D$即为所求。
【知识迁移】
设$AB=1$,$AC=x$(黄金比$x=\frac{\sqrt{5}-1}{2}$),则$BC=1-x$,
∵四边形$ACDE$为正方形,∴$AE=AC=x$,$∠ EAB=90°$,
∵四边形$CBFD$为矩形,∴$CD=BC=1-x$,$∠ BCD=90°$,
由黄金分割定义得$\frac{BC}{AC}=\frac{AC}{AB}$,即$\frac{1-x}{x}=\frac{x}{1}$,∴$\frac{AE}{BC}=\frac{x}{1-x}=\frac{1}{x}=\frac{AB}{CD}$,
又$∠ EAB=∠ BCD=90°$,∴$△ EAB∽△ BCD$。
【延伸拓展】
在正五边形$ABCDE$中,$∠ BAE=108°$,$AB=AE$,∴$∠ ABE=36°$,
同理$∠ ADB=36°$,又$∠ BAM=∠ DAB$,∴$△ ABM∽△ ADB$,
∴$\frac{AB}{AD}=\frac{AM}{AB}$,即$AB^2=AD· AM$,
设$AD=d$,$AM=x$,则$MD=d-x$,由正五边形性质知$AB=MD$,
∴$MD^2=AD· AM$,即$\frac{AM}{MD}=\frac{MD}{AD}=\frac{\sqrt{5}-1}{2}$,
∴点$M$是$AD$的黄金分割点。
∵$\frac{CB}{AC}=\frac{AC}{AB}$,$AB=1$,$AC=x$,$CB=1-x$,
∴$\frac{1-x}{x}=\frac{x}{1}$,即$x^2+x-1=0$,
解得$x=\frac{-1+\sqrt{5}}{2}$(负值舍去),
∴黄金比为$\frac{\sqrt{5}-1}{2}$。
【问题再探】
作图痕迹:以$B$为圆心,$BC$为半径画弧交$AB$于$F$;以$A$为圆心,$AF$为半径画弧交$AC$于$D$,点$D$即为所求。
【知识迁移】
设$AB=1$,$AC=x$(黄金比$x=\frac{\sqrt{5}-1}{2}$),则$BC=1-x$,
∵四边形$ACDE$为正方形,∴$AE=AC=x$,$∠ EAB=90°$,
∵四边形$CBFD$为矩形,∴$CD=BC=1-x$,$∠ BCD=90°$,
由黄金分割定义得$\frac{BC}{AC}=\frac{AC}{AB}$,即$\frac{1-x}{x}=\frac{x}{1}$,∴$\frac{AE}{BC}=\frac{x}{1-x}=\frac{1}{x}=\frac{AB}{CD}$,
又$∠ EAB=∠ BCD=90°$,∴$△ EAB∽△ BCD$。
【延伸拓展】
在正五边形$ABCDE$中,$∠ BAE=108°$,$AB=AE$,∴$∠ ABE=36°$,
同理$∠ ADB=36°$,又$∠ BAM=∠ DAB$,∴$△ ABM∽△ ADB$,
∴$\frac{AB}{AD}=\frac{AM}{AB}$,即$AB^2=AD· AM$,
设$AD=d$,$AM=x$,则$MD=d-x$,由正五边形性质知$AB=MD$,
∴$MD^2=AD· AM$,即$\frac{AM}{MD}=\frac{MD}{AD}=\frac{\sqrt{5}-1}{2}$,
∴点$M$是$AD$的黄金分割点。
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