11. 提升题 已知 D 是∠ABC 所在平面内一点,连接 AD,CD.
(1) 如图①,若∠A=28°,∠B=72°,∠C=11°,求∠ADC 的度数;
(2) 如图②,若存在一点 P,使得 PB 平分∠ABC,同时 PD 平分∠ADC,探究∠A,∠P,∠C 的关系并证明;
(3) 如图③,在(2)的条件下,将点 D 移至∠ABC 的外部,其他条件不变,探究∠A,∠P,∠C 的关系并证明.

(1) 如图①,若∠A=28°,∠B=72°,∠C=11°,求∠ADC 的度数;
(2) 如图②,若存在一点 P,使得 PB 平分∠ABC,同时 PD 平分∠ADC,探究∠A,∠P,∠C 的关系并证明;
(3) 如图③,在(2)的条件下,将点 D 移至∠ABC 的外部,其他条件不变,探究∠A,∠P,∠C 的关系并证明.
答案
解:(1) 连接BD并延长,交AC于点E。
由三角形外角的性质,得∠ADE = ∠A + ∠ABD,∠CDE = ∠C + ∠CBD,
∴ ∠ADC = ∠ADE + ∠CDE = ∠A + ∠ABD + ∠CBD + ∠C = ∠A + ∠ABC + ∠C,
代入∠A=28°,∠ABC=72°,∠C=11°,得∠ADC = 28° + 72° + 11° = 111°。
(2) 探究得:$\boldsymbol{∠ A + ∠ C = 2∠ P}$,证明如下:
设AD与BP交于点M,DP与BC交于点N。
在△ABM和△PDM中,$∠ A + ∠ ABP = 180° - ∠ AMB$,$∠ P + ∠ ADP = 180° - ∠ DMP$,
∵ $∠ AMB = ∠ DMP$,
∴ $∠ A + ∠ ABP = ∠ P + ∠ ADP$ ①。
在△PBN和△DCN中,$∠ P + ∠ PBC = 180° - ∠ BNP$,$∠ C + ∠ CDP = 180° - ∠ CND$,
∵ $∠ BNP = ∠ CND$,
∴ $∠ P + ∠ PBC = ∠ C + ∠ CDP$ ②。
∵ PB平分∠ABC,PD平分∠ADC,
∴ $∠ ABP = ∠ PBC$,$∠ ADP = ∠ CDP$。
将①+②,得:
$∠ A + ∠ ABP + ∠ P + ∠ PBC = ∠ P + ∠ ADP + ∠ C + ∠ CDP$,
化简得 $∠ A + 2∠ ABP + ∠ P = ∠ P + 2∠ ADP + ∠ C$,
消去相等项后可得 $∠ A + ∠ C = 2∠ P$。
(3) 探究得:$\boldsymbol{∠ C - ∠ A = 2∠ P}$,证明如下:
设AD与BP交于点M,CD与BP的延长线交于点N。
在△ABM和△PDM中,$∠ A + ∠ ABP = 180° - ∠ AMB$,$∠ P + ∠ ADP = 180° - ∠ DMP$,
∵ $∠ AMB = ∠ DMP$,
∴ $∠ A + ∠ ABP = ∠ P + ∠ ADP$,即 $∠ ABP - ∠ ADP = ∠ P - ∠ A$ ①。
在△BCN和△DPN中,$∠ C + ∠ CBN = 180° - ∠ BNC$,$∠ P + ∠ CDP = 180° - ∠ DNP$,
∵ $∠ BNC = ∠ DNP$,
∴ $∠ C + ∠ CBP = ∠ P + ∠ CDP$,即 $∠ CDP - ∠ CBP = ∠ C - ∠ P$ ②。
∵ PB平分∠ABC,PD平分∠ADC,
∴ $∠ ABP = ∠ CBP$,$∠ ADP = ∠ CDP$。
将①代入②,得:
$∠ P - ∠ A = ∠ C - ∠ P$,
整理可得 $∠ C - ∠ A = 2∠ P$。
由三角形外角的性质,得∠ADE = ∠A + ∠ABD,∠CDE = ∠C + ∠CBD,
∴ ∠ADC = ∠ADE + ∠CDE = ∠A + ∠ABD + ∠CBD + ∠C = ∠A + ∠ABC + ∠C,
代入∠A=28°,∠ABC=72°,∠C=11°,得∠ADC = 28° + 72° + 11° = 111°。
(2) 探究得:$\boldsymbol{∠ A + ∠ C = 2∠ P}$,证明如下:
设AD与BP交于点M,DP与BC交于点N。
在△ABM和△PDM中,$∠ A + ∠ ABP = 180° - ∠ AMB$,$∠ P + ∠ ADP = 180° - ∠ DMP$,
∵ $∠ AMB = ∠ DMP$,
∴ $∠ A + ∠ ABP = ∠ P + ∠ ADP$ ①。
在△PBN和△DCN中,$∠ P + ∠ PBC = 180° - ∠ BNP$,$∠ C + ∠ CDP = 180° - ∠ CND$,
∵ $∠ BNP = ∠ CND$,
∴ $∠ P + ∠ PBC = ∠ C + ∠ CDP$ ②。
∵ PB平分∠ABC,PD平分∠ADC,
∴ $∠ ABP = ∠ PBC$,$∠ ADP = ∠ CDP$。
将①+②,得:
$∠ A + ∠ ABP + ∠ P + ∠ PBC = ∠ P + ∠ ADP + ∠ C + ∠ CDP$,
化简得 $∠ A + 2∠ ABP + ∠ P = ∠ P + 2∠ ADP + ∠ C$,
消去相等项后可得 $∠ A + ∠ C = 2∠ P$。
(3) 探究得:$\boldsymbol{∠ C - ∠ A = 2∠ P}$,证明如下:
设AD与BP交于点M,CD与BP的延长线交于点N。
在△ABM和△PDM中,$∠ A + ∠ ABP = 180° - ∠ AMB$,$∠ P + ∠ ADP = 180° - ∠ DMP$,
∵ $∠ AMB = ∠ DMP$,
∴ $∠ A + ∠ ABP = ∠ P + ∠ ADP$,即 $∠ ABP - ∠ ADP = ∠ P - ∠ A$ ①。
在△BCN和△DPN中,$∠ C + ∠ CBN = 180° - ∠ BNC$,$∠ P + ∠ CDP = 180° - ∠ DNP$,
∵ $∠ BNC = ∠ DNP$,
∴ $∠ C + ∠ CBP = ∠ P + ∠ CDP$,即 $∠ CDP - ∠ CBP = ∠ C - ∠ P$ ②。
∵ PB平分∠ABC,PD平分∠ADC,
∴ $∠ ABP = ∠ CBP$,$∠ ADP = ∠ CDP$。
将①代入②,得:
$∠ P - ∠ A = ∠ C - ∠ P$,
整理可得 $∠ C - ∠ A = 2∠ P$。
解析
【分析】
(1) 求∠ADC的度数时,观察图形为凹四边形,可通过作辅助线转化为三角形外角问题:连接BD并延长,利用三角形外角性质将∠ADC拆分为两个外角之和,可得出∠ADC与已知角∠A、∠ABC、∠C的等量关系,代入数值计算即可。
(2) 探究∠A、∠P、∠C的关系时,已知PB、PD分别为角平分线,可得两组相等的角;结合图形中的两组对顶角,分别在包含∠A、∠P的三角形和包含∠P、∠C的三角形中,利用三角形内角和定理,由对顶角相等得到两组角的和相等,列出两个等式后结合角平分线的等量关系,两式相加消去相等的角即可推导结论。
(3) 点D在∠ABC外部时,思路与(2)一致,同样利用三角形内角和、对顶角相等列出角的等量关系,结合角平分线性质对式子变形整理,即可得到三者的数量关系。
【解析】
(1) 连接BD并延长,交AC于点E。
由三角形外角的性质,得$∠ ADE = ∠ A + ∠ ABD$,$∠ CDE = ∠ C + ∠ CBD$,
∴ $∠ ADC = ∠ ADE + ∠ CDE = ∠ A + ∠ ABD + ∠ CBD + ∠ C = ∠ A + ∠ ABC + ∠ C$,
代入$∠ A=28°$,$∠ ABC=72°$,$∠ C=11°$,得$∠ ADC = 28° + 72° + 11° = 111°$。
(2) 关系为$∠ A + ∠ C = 2∠ P$,证明如下:
设AD与BP交于点M,DP与BC交于点N。
在$△ ABM$和$△ PDM$中,$∠ A + ∠ ABP = 180° - ∠ AMB$,$∠ P + ∠ ADP = 180° - ∠ DMP$,
∵ $∠ AMB = ∠ DMP$,
∴ $∠ A + ∠ ABP = ∠ P + ∠ ADP$ ①。
在$△ PBN$和$△ DCN$中,$∠ P + ∠ PBC = 180° - ∠ BNP$,$∠ C + ∠ CDP = 180° - ∠ CND$,
∵ $∠ BNP = ∠ CND$,
∴ $∠ P + ∠ PBC = ∠ C + ∠ CDP$ ②。
∵ PB平分$∠ ABC$,PD平分$∠ ADC$,
∴ $∠ ABP = ∠ PBC$,$∠ ADP = ∠ CDP$。
将①+②,得:
$∠ A + ∠ ABP + ∠ P + ∠ PBC = ∠ P + ∠ ADP + ∠ C + ∠ CDP$,
化简得 $∠ A + 2∠ ABP + ∠ P = ∠ P + 2∠ ADP + ∠ C$,
消去相等项后可得 $∠ A + ∠ C = 2∠ P$。
(3) 关系为$∠ C - ∠ A = 2∠ P$,证明如下:
设AD与BP交于点M,CD与BP的延长线交于点N。
在$△ ABM$和$△ PDM$中,$∠ A + ∠ ABP = 180° - ∠ AMB$,$∠ P + ∠ ADP = 180° - ∠ DMP$,
∵ $∠ AMB = ∠ DMP$,
∴ $∠ A + ∠ ABP = ∠ P + ∠ ADP$,即 $∠ ABP - ∠ ADP = ∠ P - ∠ A$ ①。
在$△ BCN$和$△ DPN$中,$∠ C + ∠ CBN = 180° - ∠ BNC$,$∠ P + ∠ CDP = 180° - ∠ DNP$,
∵ $∠ BNC = ∠ DNP$,
∴ $∠ C + ∠ CBP = ∠ P + ∠ CDP$,即 $∠ CDP - ∠ CBP = ∠ C - ∠ P$ ②。
∵ PB平分$∠ ABC$,PD平分$∠ ADC$,
∴ $∠ ABP = ∠ CBP$,$∠ ADP = ∠ CDP$。
将①代入②,得:
$∠ P - ∠ A = ∠ C - ∠ P$,
整理可得 $∠ C - ∠ A = 2∠ P$。
【答案】
(1) $\boldsymbol{∠ ADC=111°}$;
(2) $\boldsymbol{∠ A + ∠ C = 2∠ P}$;
(3) $\boldsymbol{∠ C - ∠ A = 2∠ P}$。
【知识点】
三角形外角性质,角平分线的定义,三角形内角和定理
【点评】
本题是典型的角的关系探究类几何题,综合考查了三角形相关性质的应用,解题核心是利用对顶角相等建立不同三角形内角的等量关系,结合角平分线性质化简推导结论,能有效锻炼角的转化能力和逻辑推理能力。
【难度系数】
0.6
(1) 求∠ADC的度数时,观察图形为凹四边形,可通过作辅助线转化为三角形外角问题:连接BD并延长,利用三角形外角性质将∠ADC拆分为两个外角之和,可得出∠ADC与已知角∠A、∠ABC、∠C的等量关系,代入数值计算即可。
(2) 探究∠A、∠P、∠C的关系时,已知PB、PD分别为角平分线,可得两组相等的角;结合图形中的两组对顶角,分别在包含∠A、∠P的三角形和包含∠P、∠C的三角形中,利用三角形内角和定理,由对顶角相等得到两组角的和相等,列出两个等式后结合角平分线的等量关系,两式相加消去相等的角即可推导结论。
(3) 点D在∠ABC外部时,思路与(2)一致,同样利用三角形内角和、对顶角相等列出角的等量关系,结合角平分线性质对式子变形整理,即可得到三者的数量关系。
【解析】
(1) 连接BD并延长,交AC于点E。
由三角形外角的性质,得$∠ ADE = ∠ A + ∠ ABD$,$∠ CDE = ∠ C + ∠ CBD$,
∴ $∠ ADC = ∠ ADE + ∠ CDE = ∠ A + ∠ ABD + ∠ CBD + ∠ C = ∠ A + ∠ ABC + ∠ C$,
代入$∠ A=28°$,$∠ ABC=72°$,$∠ C=11°$,得$∠ ADC = 28° + 72° + 11° = 111°$。
(2) 关系为$∠ A + ∠ C = 2∠ P$,证明如下:
设AD与BP交于点M,DP与BC交于点N。
在$△ ABM$和$△ PDM$中,$∠ A + ∠ ABP = 180° - ∠ AMB$,$∠ P + ∠ ADP = 180° - ∠ DMP$,
∵ $∠ AMB = ∠ DMP$,
∴ $∠ A + ∠ ABP = ∠ P + ∠ ADP$ ①。
在$△ PBN$和$△ DCN$中,$∠ P + ∠ PBC = 180° - ∠ BNP$,$∠ C + ∠ CDP = 180° - ∠ CND$,
∵ $∠ BNP = ∠ CND$,
∴ $∠ P + ∠ PBC = ∠ C + ∠ CDP$ ②。
∵ PB平分$∠ ABC$,PD平分$∠ ADC$,
∴ $∠ ABP = ∠ PBC$,$∠ ADP = ∠ CDP$。
将①+②,得:
$∠ A + ∠ ABP + ∠ P + ∠ PBC = ∠ P + ∠ ADP + ∠ C + ∠ CDP$,
化简得 $∠ A + 2∠ ABP + ∠ P = ∠ P + 2∠ ADP + ∠ C$,
消去相等项后可得 $∠ A + ∠ C = 2∠ P$。
(3) 关系为$∠ C - ∠ A = 2∠ P$,证明如下:
设AD与BP交于点M,CD与BP的延长线交于点N。
在$△ ABM$和$△ PDM$中,$∠ A + ∠ ABP = 180° - ∠ AMB$,$∠ P + ∠ ADP = 180° - ∠ DMP$,
∵ $∠ AMB = ∠ DMP$,
∴ $∠ A + ∠ ABP = ∠ P + ∠ ADP$,即 $∠ ABP - ∠ ADP = ∠ P - ∠ A$ ①。
在$△ BCN$和$△ DPN$中,$∠ C + ∠ CBN = 180° - ∠ BNC$,$∠ P + ∠ CDP = 180° - ∠ DNP$,
∵ $∠ BNC = ∠ DNP$,
∴ $∠ C + ∠ CBP = ∠ P + ∠ CDP$,即 $∠ CDP - ∠ CBP = ∠ C - ∠ P$ ②。
∵ PB平分$∠ ABC$,PD平分$∠ ADC$,
∴ $∠ ABP = ∠ CBP$,$∠ ADP = ∠ CDP$。
将①代入②,得:
$∠ P - ∠ A = ∠ C - ∠ P$,
整理可得 $∠ C - ∠ A = 2∠ P$。
【答案】
(1) $\boldsymbol{∠ ADC=111°}$;
(2) $\boldsymbol{∠ A + ∠ C = 2∠ P}$;
(3) $\boldsymbol{∠ C - ∠ A = 2∠ P}$。
【知识点】
三角形外角性质,角平分线的定义,三角形内角和定理
【点评】
本题是典型的角的关系探究类几何题,综合考查了三角形相关性质的应用,解题核心是利用对顶角相等建立不同三角形内角的等量关系,结合角平分线性质化简推导结论,能有效锻炼角的转化能力和逻辑推理能力。
【难度系数】
0.6
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