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(jí)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(shí),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(gè)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(diǎn)E,作射線DA、射線CE,兩條射線交與點(diǎn)D′.易證△AED′≌△BEC,將△BEC繞點(diǎn)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(gè)三角形(△DCD′).
如圖2,也可以在BC邊上找中點(diǎn),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(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)看問題:
如圖3,找出AD、BC的中點(diǎn)G、H,而D′點(diǎn)是AB上任意一點(diǎn)(動(dòng)點(diǎn)),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(gè)三角形(△EFD′).
當(dāng)點(diǎn)D′在AB上移動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的△EFD′也在變化,所以也就產(chǎn)生無數(shù)個(gè)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(diǎn)D′在AB上運(yùn)動(dòng)到圖4位置時(shí),△EFD′為銳角三角形.
1.2.2當(dāng)點(diǎn)D′在AB上運(yùn)動(dòng)到圖5位置時(shí),△EFD′為直角三角形.
1.2.3當(dāng)點(diǎn)D′在AB上運(yùn)動(dòng)到圖6位置時(shí),△EFD′為等腰(鈍角)三角形.
1.2.4當(dāng)點(diǎn)D′在AB上運(yùn)動(dòng)時(shí),△EFD′能否為等邊三角形?若不能什么條件下能?
1.3同樣以動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)看問題,又有以下方法:
該方法實(shí)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(diǎn)是AB上任意一點(diǎn)(動(dòng)點(diǎn)),過D′點(diǎn)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(gè)三角形(△DCA′).
當(dāng)點(diǎn)D′在AB上移動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的△DCA′也在變化,所以也就產(chǎn)生無數(shù)個(gè)三角形△DCA′也就有無數(shù)種剪拼方法.
同理,也可以將動(dòng)點(diǎn)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(gè)特殊四邊形.
2.1平行四邊形剪拼成長方形.
如圖8,過A點(diǎn)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(qǐng)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(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)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(diǎn)E為BC的中點(diǎn),F(xiàn)為AB上一動(dòng)點(diǎn)(F不與A、B兩點(diǎn)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?yàn)槭莿?dòng)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(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn)位置時(shí)可拼成為三角形即1.1的情況.
2.3.2當(dāng)F點(diǎn)移動(dòng)到圖11位置時(shí)可拼成為直角梯形.
2.3.3當(dāng)F點(diǎn)移動(dòng)到圖12位置時(shí)可拼成為等腰梯形.
2.3.4如圖13,另外以點(diǎn)E為AB的中點(diǎn),G為BC上一動(dòng)點(diǎn),G在BC上運(yùn)動(dòng)(不包括B、C兩點(diǎn)),原理同上也可以剪拼梯形.因?yàn)镚在BC上運(yùn)動(dòng),所以有無數(shù)種剪拼成梯形的方法.特別的當(dāng)G運(yùn)動(dòng)到圖13位置時(shí),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(diǎn)E(或者說點(diǎn)E是AC上一動(dòng)點(diǎn)),過E點(diǎn)作AB的平行線,交BD于點(diǎn)F.在線段EF上任取兩點(diǎn)G、H(或者說點(diǎn)G、H是線段EF上兩個(gè)動(dòng)點(diǎn),不能到點(diǎn)E、點(diǎn)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(diǎn)關(guān)于AB的反射點(diǎn)H′, 作G點(diǎn)關(guān)于CD的反射點(diǎn)G′,易證圖中的相關(guān)三角形全等,從而得以剪拼成功.(因?yàn)槭莿?dòng)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.
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(shí),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(gè)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(diǎn)E,作射線DA、射線CE,兩條射線交與點(diǎn)D′.易證△AED′≌△BEC,將△BEC繞點(diǎn)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(gè)三角形(△DCD′).
如圖2,也可以在BC邊上找中點(diǎn),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(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)看問題:
如圖3,找出AD、BC的中點(diǎn)G、H,而D′點(diǎn)是AB上任意一點(diǎn)(動(dòng)點(diǎn)),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(gè)三角形(△EFD′).
當(dāng)點(diǎn)D′在AB上移動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的△EFD′也在變化,所以也就產(chǎn)生無數(shù)個(gè)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(diǎn)D′在AB上運(yùn)動(dòng)到圖4位置時(shí),△EFD′為銳角三角形.
1.2.2當(dāng)點(diǎn)D′在AB上運(yùn)動(dòng)到圖5位置時(shí),△EFD′為直角三角形.
1.2.3當(dāng)點(diǎn)D′在AB上運(yùn)動(dòng)到圖6位置時(shí),△EFD′為等腰(鈍角)三角形.
1.2.4當(dāng)點(diǎn)D′在AB上運(yùn)動(dòng)時(shí),△EFD′能否為等邊三角形?若不能什么條件下能?
1.3同樣以動(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)看問題,又有以下方法:
該方法實(shí)際上是1.1方法的一般化.
利用剪拼后“面積不變”S=ah=

當(dāng)點(diǎn)D′在AB上移動(dòng)時(shí),產(chǎn)生的△DCA′也在變化,所以也就產(chǎn)生無數(shù)個(gè)三角形△DCA′也就有無數(shù)種剪拼方法.
同理,也可以將動(dòng)點(diǎn)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(gè)特殊四邊形.
2.1平行四邊形剪拼成長方形.
如圖8,過A點(diǎn)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(qǐng)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(dòng)態(tài)的觀點(diǎn)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(diǎn)E為BC的中點(diǎn),F(xiàn)為AB上一動(dòng)點(diǎn)(F不與A、B兩點(diǎn)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?yàn)槭莿?dòng)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(diǎn)移動(dòng)到A點(diǎn)位置時(shí)可拼成為三角形即1.1的情況.
2.3.2當(dāng)F點(diǎn)移動(dòng)到圖11位置時(shí)可拼成為直角梯形.
2.3.3當(dāng)F點(diǎn)移動(dòng)到圖12位置時(shí)可拼成為等腰梯形.
2.3.4如圖13,另外以點(diǎn)E為AB的中點(diǎn),G為BC上一動(dòng)點(diǎn),G在BC上運(yùn)動(dòng)(不包括B、C兩點(diǎn)),原理同上也可以剪拼梯形.因?yàn)镚在BC上運(yùn)動(dòng),所以有無數(shù)種剪拼成梯形的方法.特別的當(dāng)G運(yùn)動(dòng)到圖13位置時(shí),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(diǎn)E(或者說點(diǎn)E是AC上一動(dòng)點(diǎn)),過E點(diǎn)作AB的平行線,交BD于點(diǎn)F.在線段EF上任取兩點(diǎn)G、H(或者說點(diǎn)G、H是線段EF上兩個(gè)動(dòng)點(diǎn),不能到點(diǎn)E、點(diǎn)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(diǎn)關(guān)于AB的反射點(diǎn)H′, 作G點(diǎn)關(guān)于CD的反射點(diǎn)G′,易證圖中的相關(guān)三角形全等,從而得以剪拼成功.(因?yàn)槭莿?dòng)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.
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