折叠是上海中考几何压轴的高频操作——折叠即对称,对称生等角,等角推等腰。本期我们"折两次":第一次折出等腰三角形,第二次追着等腰的腰继续折,最终揭出一个隐藏的中点。全题只用角度追踪加一次勾股消元,没有根式运算,没有坐标,没有任何超纲工具。 训练主线:折叠不变量 → 等腰判定 → 勾股桥接 → 隐藏中点。
| 能力 | 出现位置 |
|---|---|
| 折叠前后对应角/对应边相等 | 第(1)问证明 ∠EBD = ∠EDB |
| 平行线内错角相等 | 第(1)问 ∠CBD = ∠ADB |
| 等腰三角形判定(等角对等边) | 第(1)问 BE = DE |
| 勾股定理 | 第(2)问两次列式后消元 |
| 中点判定(线段上等距⇒中点) | 第(3)问 A'B = A'D |
【探究与证明】矩形折纸——两次折叠,找到对角线的中点
折纸,看似简单的动手操作,却藏着精确的数学结构。两次折叠,不用尺,不用量,竟能找到一个矩形对角线的中点——这是真的吗?我们来探究。
【动手操作】
如图1,取矩形纸片ABCD(AB < BC)。将纸片沿对角线BD折叠,使点C落在点C′处,折痕为BD。设BC′与AD的交点为E。
(1) 观察图1中的△BDE,试猜想这个三角形的形状,并加以证明。
【类比操作】
如图2,不展开纸片,在图1的基础上继续操作。沿BE折叠,使顶点A恰好落在BD上,记落点为A′,连接A′E。
(2) 求证:A′D = A′B。
(3) 结合(1)(2),判断点A′在线段BD上的位置,并说明理由。用一句话概括你从这道题中发现的结论。
| 已知 | 来源 | 隐含的第二重身份 |
|---|---|---|
| AB < BC | 题目约定 | 矩形非正方形,保证折叠后点不重合 |
| AD ∥ BC | 矩形性质 | ∠CBD = ∠ADB(内错角)——这是第(1)问的钥匙 |
| 沿BD折叠,C→C′ | 操作 | ∠C′BD = ∠CBD;BC′ = BC;DC′ = DC |
| BC′ ∩ AD = E | 操作 | E同时在BC′和AD上,∠EBD = ∠C′BD |
| 沿BE折叠,A→A′落在BD上 | 操作 | AB = A′B;AE = A′E;∠A′BE = ∠ABE;∠BA′E = 90° |
| A′在BD上 | 操作 | B、A′、D共线 ⇒ ∠DA′E = 90° |
审题钩子:矩形中"AD∥BC"这个最普通的条件,其实就是∠CBD = ∠ADB——它和折叠产生的∠C′BD连成一条链,直接推到BE = DE。普通四边形做不到这件事,只有矩形(或平行四边形)的内错角能做到。
拿到这道题,不要急着写证明。先做三件事:
矩形ABCD中,将△BCD沿BD折叠到△BC′D。若∠CBD = 35°,求∠C′BD和∠C′DB的度数。
简答:∠C′BD = 35°(折叠前后对应角不变);∠C′DB = ∠CDB = 90°−35° = 55°。
如图,矩形ABCD中,E为AD上一点,连接BE。若∠EBD = ∠EDB,求证:BE = DE。
简答:等角对等边,直接得△BDE为等腰三角形,BE = DE。
△ABC沿直线l折叠,点A落在A′处,B和C均在直线l上。问:图中哪些三角形全等?为什么?
简答:△ABC ≌ △A′BC。因为B、C在折痕上,折叠不改变B、C的位置;∠A′BC = ∠ABC,BA′ = BA,BC为公共边(SAS)。
在Rt△ABC中,∠A = 90°,AB = 6,AC = 8。在Rt△DEF中,∠D = 90°,DE = 10。若BC = DE,且AC = DF,求EF。
简答:BC = √(6²+8²) = 10 = DE。DF = AC = 8。EF = √(DE² − DF²) = √(100−64) = 6。EF = AB = 6。
点P在线段MN上。以下哪个条件能推出P是MN的中点?
A. MP = NP B. MP = MN C. MP + NP = MN D. ∠MPN = 90°
简答:选A。线段上等距即中点。B不充分,C是共线条件,D与中点无关。
沿BD折叠,C→C′。由折叠的对称性:
∠C′BD = ∠CBD ……①
在矩形ABCD中,AD ∥ BC,由平行线内错角相等:
∠CBD = ∠ADB ……②
又E是BC′与AD的交点,因此E在BC′上:
∠EBD = ∠C′BD ……③
且E在AD上:
∠EDB = ∠ADB ……④
由①~④可知:∠EBD = ∠EDB。等角对等边,得BE = DE。
∴ △BDE是等腰三角形。
沿BE折叠,A→A′落在BD上。由折叠性质:
AB = A′B ……⑤(B在折痕上)
AE = A′E ……⑥(E在折痕上)
∠BA′E = ∠BAE = 90° ……⑦(矩形∠A = 90°)
A′在BD上,B、A′、D共线,故:
∠DA′E = 180° − ∠BA′E = 180° − 90° = 90° ……⑧
在Rt△ABE中,由勾股定理:
AB² + AE² = BE² ……⑨
在Rt△A′DE中,由勾股定理:
A′D² + A′E² = DE² ……⑩
由(1)知BE = DE,代入⑨⑩:
AB² + AE² = A′D² + A′E²
由⑥AE = A′E,消去两侧的AE²:
AB² = A′D²,故A′D = AB ……⑪
由⑤AB = A′B,代入⑪:
A′D = A′B。 ▨
回验:以上推导未引入任何额外假设。AB² = A′D² ⇒ A′D = AB,取正根因为长度为正值。A′在BD上且在线段内部(不是延长线上),故B、A′、D共线的条件成立。
由(2)知A′B = A′D,且A′在线段BD上(题目条件"落在BD上")。
在线段内部,到两端点等距的点有且只有一个——中点。
∴ A′是BD的中点。
一句概括:沿对角线折一次得等腰,沿BE再折一次,A恰好落在对角线的中点——两次折叠,"量"出了对角线的中点。
| 易错点 | 错在哪一步 | 为什么会错 |
|---|---|---|
| 把"折叠→角等"用错边 | 第(1)问写∠C′BD = ∠CDB | 折叠前后对应的是∠CBD和∠C′BD(以BD为轴),不是∠C′BD和∠CDB。把"对应角"和"内错角"搞混了 |
| 忘记AD∥BC这条矩形性质能产生什么 | 第(1)问卡住 | 矩形的平行边产生内错角相等,这是连接"折叠产生的角"和"图中原有角"的唯一桥梁。只盯着折叠性质,没往平行线方向想 |
| 第二次折叠后,认为A′在BD上所以∠BA′E = 0 | 第(2)问推理 | A′在BD上 ≠ A′在BE上。BE和BD是两条不同的线段(交于B),A′在BD上但不在BE上。∠BA′E是AB边折叠后与A′E的夹角,不是零 |
| ∠DA′E = 90°没意识到 | 第(2)问勾股写不出来 | B、A′、D共线,∠BA′E = 90°(折叠保持直角),所以∠DA′E = 180°−90° = 90°。这个平角减直角是学生容易漏的 |
| 消元时把AB² = A′D²写成AB = A′D就停了 | 第(2)问最后一步 | AB = A′D还不够——要结合AB = A′B(折叠不变),才能得到A′D = A′B。链条需要走完:AB = A′B 且 AB = A′D ⇒ A′B = A′D |
| 第(3)问直接说"看起来是中点"而不证明 | 第(3)问 | 探究题不能靠"目测"。必须用A′B = A′D(已证)加"A′在BD上"(已知),推出唯一结论 |
| 能力维度 | 具体体现 |
|---|---|
| 折叠不变量提取 | 每次折叠自动产生一组角等+边等,能无遗漏地列出 |
| 角等→边等的转化 | 看到两个角相等,立刻反应这是等腰判定条件,边等可以传给下一问 |
| 勾股定理作消元工具 | 不止用来求具体长度,更高级的用法是"两端勾股→消去公共项→揭示隐藏等式" |
| 中点判定 | 从"线段上等距"到"中点",这是最基础也最容易被忽略的判定路径 |
| 问题链意识 | 第(1)问的结论不是孤立的,它给第(2)问提供了消元所需的BE = DE |
变式1 · 改变矩形比例
若矩形ABCD的边长比改为 AB : AD = 1 : 2,其他操作不变。(1)问的结论还成立吗?(2)问中A′还能落在BD上吗?请探究并给出理由。
变式2 · 交换折叠顺序
先沿BE折叠使A落在BD上(记为A′),再沿BD折叠。两次折叠后,A′的新位置在哪里?与本题顺序的结论有何异同?
变式3 · 实际情景建模
小茗有一张A4纸(长宽比≈√2∶1)。她先沿长对角线折叠,再沿得到的一条折痕折叠,试图找到对角线的中点。请判断:用本题的方法,她能做到吗?如果不能,请帮她设计一种用两次折叠找到A4纸对角线中点的方法。(提示:不一定用对角线作第一次折痕。)
| 小题 | 分值 | 得分要点 |
|---|---|---|
| (1) | 4分 | 写出折叠角等(1分)+ 写出平行线内错角等(1分)+ 串出∠EBD = ∠EDB(1分)+ 等角对等边得结论(1分) |
| (2) | 5分 | 正确列出折叠产生的所有等式AB=A′B、AE=A′E、∠BA′E=90°(2分)+ 对两个直角三角形分别写勾股定理(1分)+ 消元推出AB²=A′D²(1分)+ 结合AB=A′B得A′D=A′B(1分) |
| (3) | 3分 | 由A′B=A′D且A′在线段BD上推出A′为中点(2分)+ 用一句话概括发现的结论(1分) |
分步赋分原则:第(2)问的"两端勾股消元"是核心评分点,2分给折叠等式的完整罗列(漏一项扣半分),1分给消元逻辑。
这道题的"心机"藏在一个勾股消元里。第一次折叠表面上是让学生练"折叠→角等→等腰",但真正的伏笔是BE = DE——它把两个看似无关的直角三角形(△ABE和△A′DE)绑在了一起,共用一个斜边长度。
第二次折叠选的折痕不是别的线段,偏偏是BE——B和E都在折痕上,所以AB=A′B和AE=A′E这两条等式天然成立。选其他线段做第二次折痕,这些"免费"信息就没了。
数字方面,我没有规定矩形的边长,因为全程不需要具体数字——折叠产生的角度等和勾股消元都是"字母层面的真理"。唯一隐含的约束是第二次折叠"能使A落在BD上"——这要求矩形满足AB : AD = 1 : √3。但这个约束不出现在题目中,学生也无需知道。这样设计的好处是:题目干净、不依赖具体数值、学生无法"凑答案"。
三问的递进:观察(等腰)→计算(消元)→回看(中点)——从具体操作上升到结构发现,这是中考24/25题的经典节奏。
自然解法(如上完整解析):从折叠角等→平行线内错角→等腰,然后两端勾股消元→中点。适合大多数学生顺着条件走。
更优解法:第(1)问可跳过角度链,直接用"折叠对称性"——沿BD折叠后,BC′是CD的反射像,而CD = AB = AE + ED(不一定等于AE+ED)。不对,这不是更优……
实际上这道题的(1)问只有一条路:角等链。(2)问也只有一条消元路径。但这不说明题目"解法单一"——正相反,说明题目"入口唯一但每一步都需要对条件的选择和判断":在七八个已知条件中,学生需要自己挑出"AD ∥ BC ⇒ ∠CBD = ∠ADB"这个关键,而不是被题目"喂"到嘴边。
思维负担分布:第(1)问的负担在选择条件(哪个角等于哪个角),第(2)问的负担在"识别两个三角形可以用同一个斜边长度桥接",第(3)问的负担在"从A′B=A′D推出中点"——这个跳跃很小,但很多学生做完(2)会停下来,想不到回头看全局。
最大的认知陷阱不是算错,而是"折叠盲区"——学生知道折叠产生角相等,但不知道折叠产生边相等(点到折痕上任意点的距离不变)。这源于初中教材中折叠多以"角平分线"的形式出现,学生习惯了"折叠→角平分线"的单线思维,没有建立起"折痕上的点到对应点等距"的全景认知。
第二个深层误区是"勾股定理只用来求值"——学生一看到勾股定理就下意识去代数字、算根式。但本题的勾股定理充当的是代数消元工具,不是计算工具。这种"不代入、只消元"的用法,很多学生是第一次见。根源在于:初中阶段勾股定理的训练以"算长度"为主,"列等式"为辅。
表面考:折叠、等腰三角形、勾股定理、中点判定。
深层考:在一次操作产生的多条"免费信息"中,筛选出连接两个独立图形的公共量(BE = DE),用代数手段(平方消元)揭示几何隐藏关系(A′D = AB = A′B)。
与中考趋势的呼应:去套路化——不告诉你"这是用勾股消元",你只能自己发现两个三角形有同一个斜边,然后自然产生消元的需要。