问题:如图,点P是正方形ABCD中的一点,且PA=PB,角PAB为15度, 求证三角形PCD为正三角形

这道题在网上广为流传,也有不少同好给出了几种解答方案,有通过作若干条辅助线求证的,有通过勾股定理来求解的,甚至有的直接计算15°的三角函数值来求解。看过的方法中最有创意的莫过于以AB为底边,往上构建一个等边三角形ABE,再连接EP ,通过系列三角形相似相等来推算角度,但任然非常繁琐。其实根据特殊的条件(15°,等边三角形等),我们可以考虑到更简单的算法。下面就以反证法的思路来简单证明此题。

等角三角形和直角三角形度数(利用弦切角和15度证明三角形PCD是等边三角形)(1)

思路:看到15°的角,自然就会联想到30°或60°的角。而本题已知∠PAB=∠PBA =15°,要求证三角形PDC为等边三角形,即∠PDC=60°(三角形PDC是等腰三角形基本不用证明吧),于是∠ADP必须等于30°。而看到15°和30°,要不就想到三角形另一顶角的补角,或者就想到圆心角和圆周角(或弦切角)的2倍关系。而本题正方形的条件正好为圆心角提供了必要条件,再想到反证法,思路自然就打通了。

证明过程:

以D为圆心,DA为半径做圆弧AOC,交过P点平行于AD的正方形平分线于O点(现在不能确定O是否就是P,目标就是要证明它就是P),为了方便解释,连接 OA和OD,如下图所示:

等角三角形和直角三角形度数(利用弦切角和15度证明三角形PCD是等边三角形)(2)

很显然,O到AD的距离等于OD的一半(正方形边长),因此∠ODA=30°,故∠OAB=15°,所以O点就是P点,也即PD=DC得到证明。

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