關于四邊形剪拼的探究

2011-08-27 03:38:02張昌林襄州區黃集鎮初級中學湖北襄陽441123

中學教研(數學) 2011年12期

關鍵詞：方法

●張昌林 (襄州區黃集鎮初級中學湖北襄陽 441123)

一小學生放學回家說：“今天的作業是剪圖形，老師讓我們剪三角形、正方形、長方形、平行四邊形、梯形……，然后把剪好的圖形拼成新的圖形.”筆者發現剪拼圖形挺有意思，于是做了一些研究，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 平行四邊形的剪拼

1.1 平行四邊形剪拼成三角形

平行四邊形剪拼成三角形主要用“面積不變”的思路，有2大類方法，每一大類都有無數種拼法.

方法1 如圖1，在?ABCD中，點E是AB的中點，作射線DA，CE，2條射線相交于點D'.易證△AED'≌△BEC，將△BEC繞點 E旋轉 180°與△AED'重合，這樣將?ABCD沿CE剪開就可以拼成△DCD'.

圖1

圖2

方法2 如圖2，在?ABCD中，也可先找到BC的中點E，其他作法同上.

是否只有這2種方法呢?用動態的觀點研究該問題，有方法3如下：

圖3

圖4

方法3 如圖3，點G，H分別是AD，BC的中點，D'是AB上任意一點(動點)，作射線D'G，D'H，分別交直線 DC于點 E，F.易證△DGE≌AGD'，△HBD'≌△HCF，這樣?ABCD就可以剪拼成△EFD'.當點D'在AB上移動時，產生的△EFD'隨之變化，因此產生的△EFD'就有無數種剪拼方法.

當點D'在AB上運動到如圖4所示的位置時，△EFD'為銳角三角形;當點D'在AB上運動到如圖5所示的位置時，△EFD'為直角三角形;當點D'在AB上運動到如圖6所示的位置時，△EFD'為等腰鈍角三角形.當點D'在AB上運動時，△EFD'能否為等邊三角形?若不能，請說明理由.

圖5

圖6

同樣地，用動態的觀點研究該問題，又有方法4，方法4實際上是方法1的一般化推廣.

同理，可以將動點D'選在BC(或AD)上，方法原理同上.

圖7

圖8

1.2 平行四邊形剪拼成長方形

如圖 8，過點 A作 AF⊥DC于點 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.

1.3 平行四邊形剪拼成正方形

圖9

圖10

平行四邊形剪拼成正方形的過程較復雜，要先將平行四邊形剪拼成長方形，再把長方形剪拼成正方形.如圖9所示，用“面積不變”的思路，可將給定的長方形剪拼成正方形.請讀者探討有沒有更好的方法.

1.4 平行四邊形剪拼成梯形

同樣地，用動態的觀點研究該問題，用“面積不變”的思路，把平行四邊形剪拼成梯形.如圖10，點E是BC的中點，點F是AB上任意一點(F不與點A，B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AFGD.因為點F在AB上移動，所以有無數種剪拼梯形的方法.當點F移動到點A的位置時，平行四邊形可剪拼成三角形，即1.1中的方法1;當點F移動到如圖11所示的位置時，可剪拼成直角梯形;當點F移動到如圖12所示的位置時，可剪拼成等腰梯形.

圖11

圖12

圖13

圖14

在?ABCD中，點E為AB的中點，G為BC上任意一點，G在BC上運動(不包括點B，C)，原理同上也可以剪拼成梯形.因為點G在BC上運動，所以有無數種剪拼成梯形的方法.特別地，當G運動到如圖13所示的位置時，可剪拼成直角梯形.

1.5 平行四邊形剪拼成任意四邊形

如圖14，在?ABCD中，點E是AC上任意一點，過點E作AB的平行線，交BD于點F.在線段EF上任取2個點G，H(不包括點E，F)，分別過點G，H作AC的平行線交CD于點 K，交AB于點L，作點H關于AB的反射點H'，作點G關于CD的反射點G'.易證圖14中的相關三角形全等，從而剪拼成功.因為點E在AB上移動，點G，H也隨之移動，所以有無數種剪拼成梯形的方法.