灵机一动
数学是思维的体操,很多数学问题的解答往往就闪现在你的灵机一动之中。本栏目精选数学中的好题、趣题,以及最能锻炼数学思维的题呈现给大家,希望给你带来思考的乐趣。
本期问题来了
NO. 197
三角形幻方

将1,2,3,4,5,6,7,8,9填入如图所示的圆圈中,每个圆圈恰填一个数,满足下列条件:
(1)正三角形各边上的数之和相等;
(2)正三角形各边上的数之平方和除以3余数相等。
问:有多少种不同的填入方法?(注意:经过旋转或轴对称反射,排列一致的,视为同一种填法)
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上期问题回顾
NO. 196
妙解角度

如图,在四边形ABCD中,AB=BC=CD,∠B=168º,∠C=108º,请问:∠D是多少度?
分析与解答
答案:∠D=54º。
不完整的解法一:
分别作B和C点关于直线AD的对称点F和E,连接AF,FE,DE,易知△ABF为正三角形,BCDEF为正五边形,AD平分∠BAF和∠CDE,故∠D=54º。

点评:此解法看上去非常漂亮,通过作对称得到了一个正三角形和一个正五边形。但实际上,作对称,只能得到AB=AF,而想进一步证△ABF为正三角形却并非易事,至今笔者也没有找到简洁的证明方法。也许是笔者才识学浅,如果有能够证明正三角形的可留言。
不完整的解法二:
以AB为一边向右下方作正三角形ABF,以F为顶点作∠AFE=168°(向右上方)并使FE=AB,连接ED。不难证明BCDEF为正五边形。所以∠D=54°。
点评:此解法跟解法一类似,只是换了一种说法,看上去做出来了,其实同样存在一个很大的问题。通过作辅线,只能得到EF=BF=BC=CD,而想进一步证明DE与其它边也相等同样并非易事,所以不难证明实则很难证明。
有一个非常巧妙的解法,是我最喜欢,也是我认为最漂亮的解法。(看之前建议你先自己动手做一下,这样你才能体会本题的困难以及下面解法的巧妙)
巧妙的解法:
假设有一个正三角形:

一个正五边形:

它们的边长都等于本题中的AB长。
现在,我们将正三角形和正五边形拼在一起,使其中一条边重合,得到如下图所示的图,标上相应的字母,并连接A'D'。

在上图中,我们很容易知道(这次真的是很容易知道),∠A'B'C'=168°, ∠B'C'D'=108°, ∠C'D'A'=54°, ∠B'A'D'=30°。
接下来,我们来证明四边形ABCD与四边形A'B'C'D'全等。要证两个四边形全等,需要证明对应的边和对应的角都相等,有困难。为此,我们可以连接BD和B'D',将四边形分成两个三角形,然后分别证明 △BCD≌△B'C'D' 和△ABD≌△A'B'D' (用边角边即可)。
从而得到 ∠D=∠C'D'A'=54°,证毕。Perfect.
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