[13] 初中竞赛几何:建系解决问题
Jerry金学渣
2021年11月06日 14:25

大家好,我是Jerry.

今天我要讲竞赛几何中如何建系计算。

需要提前知道的知识:

(1)坐标系中中点坐标表示;

(2)垂直的直线斜率之积为-1

(3)有关圆在平面直角坐标系中的方程

(最好把高中“直线与圆”的一章学完,对建系有不少帮助哦)

So let's get started!


PART 1:TIPS

Tip 1:

在建系过程中,决定原点在哪里,通常是个需要精心考虑的事。

一般找原点的原则是旁边要有2个垂直的线段。(方便确定x轴/y轴)

因此以下的图形非常适合建系:

正方形,矩形,直角三角形。

以下图形同样可以建系(由于它们的一些对称性或隐含的垂直或坐标表示很简单):

等腰三角形,等边三角形,菱形,平行四边形,圆。

(等腰三角形:以底边中点为原点)

(平行四边形:一个顶点+一条边为x轴)

(菱形:对角线交点)

Tip 2:

在建系中,一般可以将某些线段的长度设为1而简化运算。(如果题目没有给出具体的长度条件)

Tip 3:

建系是下策,如果可以用纯几何做法就用纯几何做法,毕竟建系对于计算的要求能力很高。

Tip 4:

建系中,我们能够较易表示的东西有:

中点,垂线,平行线,圆,直线

我们可以利用建系解决的问题有:

垂直,平行,三点共线,三线共点,线段长度关系......


PART 2:例题

题1:

刷子几何

注意到本题基本图形是等腰三角形,所以不妨以点D为原点,DC为x轴正半轴建系。

设:B(0,1),C(a,0),A(-a,0)

则在Rt△BDC中可以解得(简单的相似易得):

太美丽了,我爱word的公式

进而不难得到点F的坐标,最后算得AE与BF的斜率:

打得累死了

易得其斜率之积为-1,则AE⊥BF。

(建系除了计算量有亿点点大,其余都OK,思路特别清晰。)


题2:

2017年初中数学联赛试题:

如图,△ ABC 中, AB>AC,∠BAC=45°,E是∠BAC 的外角平分线与△ ABC 的外接圆的交点,点F在AB上且 EF⊥AB.已知 AF=1,BF=5,求△ ABC 的面积.

图片有点大

我原本做这题的时候,没有了解过什么阿基米德折弦原理(可以去了解一下),因此最后我一怒之下用建系的方法做了这题。

首先,我们不难得到∠AEF=22.5°,则稍稍得解一下△AEF得到EF=√2 + 1.

这时候我们不妨以点F为原点,FA为x轴正半轴建系,则:

A(1,0),B(-5,0),E(0,√2 + 1)

设△ABC外接圆Ω:x²+y²+Ax+By+C=0(圆的方程的标准式)

然后代入三个点的坐标解得:

Ω:x²+y²+4x+(4√2-6)y-5=0

又因为∠BAC=45°,则AC斜率为1,经过点(1,0)

所以AC:y=x-1

随后解得联立直线和圆的方程,解得:

C(-2√2+1,-2√2)

∴S△=1/2*AB*h

=1/2*5*2√2

=5√2

用建系做这道题真的很简单!


用建系时,一定要找好原点,而且计算千万不能错!!!

有几何方法那就别用这种方法。

希望你们可以通过这篇文章学到什么!

拜拜!

记得点赞!

额外内容:

其实据说对于几何题,除了建系可以蛮算,三角法也可以,而且甚至更好用,更灵活,而我对三角法不了解,不会用(我会高中所有的三角恒等变换内容以及正余弦定理)。所以如果有大佬看见了,请帮我写一篇文章or发一个视频or发一个讲这种方法的文章的链接!

Thanks!