關(guān)于四邊形剪拼的探究 湖北省襄陽市襄州區(qū)黃集鎮(zhèn)初級中學(xué) 張昌林 上小學(xué)的趙亮放學(xué)回家說:“今天的作業(yè)是剪圖形,老師讓剪三角形、正方形、長方形、平行四邊形、梯形…,還讓把剪好的圖形拼成新的圖形.”
在幫孩子完成作業(yè)的同時,我發(fā)現(xiàn)剪拼圖形也挺有意思的做了一些研究,下面拿出來與大家分享.
注 這里講的“剪”,只能沿直線剪;這里講的“拼”,指圖形拼完后不能有重疊部分,也不能有剩余部分.
1.平行四邊形剪拼成一個三角形.
用“面積不變”的思想,平行四邊形變?nèi)切斡袃纱箢惙椒?,每一大類都有無數(shù)種拼法.如圖3,圖7.
1.1一般的方法:
如圖1,找出AB邊中點E,作射線DA、射線CE,兩條射線交與點D′.易證△AED′≌△BEC,將△BEC繞點E旋轉(zhuǎn)180°,就和△AED′重合.這樣將平行四邊形ABCD沿CE剪開就可以拼成一個三角形(△DCD′).
如圖2,也可以在BC邊上找中點,作法同上.
圖1 圖2 那么是否只有這兩種做法呢?當(dāng)然不是,它的做法有無數(shù)種呀!下面我們來看一看.
1.2以動態(tài)的觀點看問題:
如圖3,找出AD、BC的中點G、H,而D′點是AB上任意一點(動點),作射線D′G和射線D′H,分別交DC所在的直線于E、F,易證△DGE≌AGD′,△HBD′≌△HCF, 這樣平行四邊形ABCD就可以拼成一個三角形(△EFD′).
當(dāng)點D′在AB上移動時,產(chǎn)生的△EFD′也在變化,所以也就產(chǎn)生無數(shù)個三角形△EFD′也就有無數(shù)種剪拼方法.
圖3 圖4
圖5 圖6 1.2.1當(dāng)點D′在AB上運動到圖4位置時,△EFD′為銳角三角形.
1.2.2當(dāng)點D′在AB上運動到圖5位置時,△EFD′為直角三角形.
1.2.3當(dāng)點D′在AB上運動到圖6位置時,△EFD′為等腰(鈍角)三角形.
1.2.4當(dāng)點D′在AB上運動時,△EFD′能否為等邊三角形?若不能什么條件下能?
1.3同樣以動態(tài)的觀點看問題,又有以下方法:
該方法實際上是1.1方法的一般化. 利用剪拼后“面積不變”S=ah=a(2h)還可以有如圖7作法.D′點是AB上任意一點(動點),過D′點作D′A′平行且等于DA,易證△EAD≌ED′A′,△FA′D′≌△FCB, 這樣平行四邊形ABCD就可以拼成一個三角形(△DCA′).
當(dāng)點D′在AB上移動時,產(chǎn)生的△DCA′也在變化,所以也就產(chǎn)生無數(shù)個三角形△DCA′也就有無數(shù)種剪拼方法.
同理,也可以將動點D′選在BC(或AD)上,方法原理同上面一樣.
圖7 2.平行四邊形剪拼成一個特殊四邊形.
2.1平行四邊形剪拼成長方形.
如圖8,過A點作AF⊥DC與F.易證Rt△ADF≌Rt△BCE,將△ADF剪下平移到△BCE的位置就拼成了長方形.
圖8 2.2平行四邊形剪拼成正方形.
平行四邊形剪拼成正方形的過程較復(fù)雜,要先將平行四邊形拼成長方形,再把長方形拼成正方形.下面通過圖像來說明怎么把長方形剪拼成正方形的方法.
用“面積不變”的思路,我們可以將給定的矩形剪拼成正方形,如圖9所示.請大家探討有沒有更好的方法.
2.3平行四邊形剪拼成梯形.
同樣以動態(tài)的觀點看問題,有下述方法.
用“面積不變”的思路平行四邊形變梯形的方法.如圖10所示.
點E為BC的中點,F為AB上一動點(F不與A、B兩點重合,思考為什么?),易證△FBE≌△GCE,將△FBE剪下使它和△GCE重合即拼成了梯形.(因為是動態(tài)的所以有無數(shù)種剪拼成梯形的方法.)
2.3.1當(dāng)F點移動到A點位置時可拼成為三角形即1.1的情況.
2.3.2當(dāng)F點移動到圖11位置時可拼成為直角梯形.
2.3.3當(dāng)F點移動到圖12位置時可拼成為等腰梯形.
2.3.4如圖13,另外以點E為AB的中點,G為BC上一動點,G在BC上運動(不包括B、C兩點),原理同上也可以剪拼梯形.因為G在BC上運動,所以有無數(shù)種剪拼成梯形的方法.特別的當(dāng)G運動到圖13位置時,能剪拼成直角梯形.
2.4平行四邊形剪拼成任意四邊形.
如圖14,在平行四邊形ABCD的AC邊上任取一點E(或者說點E是AC上一動點),過E點作AB的平行線,交BD于點F.在線段EF上任取兩點G、H(或者說點G、H是線段EF上兩個動點,不能到點E、點F的位置).分別過G、H作AC的平行線,交CD于K,交AB于L,作H點關(guān)于AB的反射點H′, 作G點關(guān)于CD的反射點G′,易證圖中的相關(guān)三角形全等,從而得以剪拼成功.(因為是動態(tài)的所以有無數(shù)種剪拼成梯形的方法.)
3.任意四邊形剪拼成平行四邊形的方法.
將2.4的過程反過來則就成了將任意四邊形剪拼成平行四邊形的方法了.
4.任意四邊形剪拼成長方形的方法.
只需要圖14中,GG′⊥EF, HH′⊥EF剪拼的結(jié)果就是矩形.
5.梯形的剪拼.
5.1梯形剪拼成平行四邊形.
如圖15,點H是BC上的中點,過點H作AD的平行線交AB的延長線于E,交DC于G,易證△HEB≌△HGC, 將△HGC繞H旋轉(zhuǎn)180°到△HEB的位置,就剪拼成了平行四邊形.同理可以像圖16那樣剪拼.
5.2一般梯形剪拼成等腰梯形的方法.
如圖17,作梯形中位線的中垂線,沿中垂線將梯形對折(作點D關(guān)于中垂線的對稱點G)H為腰BC的中點,射線GH交AB的延長線于E點,易證△BEH≌△CGH,AD=EG從而可以剪拼成功.
同理,圖18那樣也可以.
5.3梯形變長方形.
可以先將梯形剪拼成平行四邊形,再將平行四邊形剪拼成長方形.或者用前面(4.任意四邊形剪拼成長方形的方法.)講的方法.
5.4特殊梯形的特殊變化.
例如:底角都是60°的等腰梯形變等邊三角形.這要有特殊的方法,有興趣大家可以研究一下.
如圖:從圖19到圖24是剪拼的過程,供大家研究.
?。叮畠蓚€正方形剪拼成一個正方形.
這個問題簡稱“兩方拼一方”,人教版八年級課本上有這樣一個閱讀.方法不止一種,下面我寫幾種供大家欣賞.
圖25中,邊長分別為a、b兩個正方形連成一體,你能否在上面劃兩條直線,沿線把圖形分成幾塊,然后拼成一個正方形而無剩余.
6.1方法一:
用剪拼后“面積不變”的方法,可知剪拼后的正方形邊長為,那么只需要在圖中找到兩條這樣的線剪開就可以了.如圖26到圖32是剪拼過程示意圖.
以D點為圓心小正方形的邊長b為半徑作圓,交DC于H,如圖27,則AH=FH=,易證圖28中甲、乙兩個三角形和圖29中甲、乙兩個三角形全等.將圖28中的甲、乙放到圖29的位置即完成了剪拼,圖31是完成剪拼后的圖形.(不做過多論述,看圖.)
6.2方法二:
如圖32,易證DG=,易證圖33中的甲、乙、丙、丁分別和圖34中的甲、乙、丙、丁全等.將圖33中的甲、乙、丙、丁分別放到圖34的位置即完成了剪拼,圖35是完成剪拼后的圖形.(不做過多論述,看圖.)
6.3方法三:請大家看圖36,不做詳細(xì)介紹.
請大家繼續(xù)探討其它方法.
在看似簡單的剪拼問題中,充滿了數(shù)學(xué)思考和智慧,親愛的讀者朋友你會了嗎? 2011-08-24 人教網(wǎng) |
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