母子相似模型:直角三角形斜边高
母子相似模型指直角三角形斜边上的高把原三角形分成两个小三角形,三者两两相似如母子相依,由此推出射影定理三组乘积等式,是边长计算的快车道。
结构:图中 △ABC 为直角三角形,∠ACB=90°,C 在左下、A 在左上、B 在右下;CD⊥AB 于 D,斜边上的高 CD 把大三角形分成 △ACD 与 △CBD 两个小三角形。
标准形:∠ACB=90°,CD⊥AB 于 D⇒△ACD∼△ABC∼△CBD,且 AC2=AD⋅AB,BC2=BD⋅AB,CD2=AD⋅BD。
适用前提与边界条件
- 必须是直角三角形且高必须落在斜边上(∠ACB=90°,CD⊥AB 于 D),其他边上的高不产生本模型
- 三组等式都是「平方=乘积」结构,线段对应错一位全盘皆错
求解策略
- 认结构:直角三角形加斜边高,锁定母子相似
- 配相似:△ACD∼△ABC、△CBD∼△ABC、△ACD∼△CBD 三对任选
- 写乘积:按「中平方、近乘远」列出对应射影定理等式
- 算未知:乘积式与勾股定理联立,解出目标线段
模型结构
Rt△ABC 中 ∠ACB=90°,斜边 AB 上的高 CD 把大三角形劈成 △ACD 与 △CBD 两块。三个三角形共用同一组角,两两相似,如同母亲带着两个孩子。
Rt△ABC 中∠C=90°,CD⊥AB 于 D,三个三角形两两相似
核心结论与推导
结论:△ACD∼△ABC∼△CBD,且
AC2=AD⋅AB,BC2=BD⋅AB,CD2=AD⋅BD.
证明:∠ADC=∠ACB=90°,∠A 公共,故 △ACD∼△ABC(AA),于是 ABAC=ACAD,交叉相乘得 AC2=AD⋅AB。同理由 ∠B 公共得 △CBD∼△ABC,BC2=BD⋅AB。再由 △ACD∼△CBD(各与母三角形相似),CDAD=BDCD,即 CD2=AD⋅BD。■
典例精析
例:Rt△ABC 中 ∠C=90°,AC=6,BC=8,CD⊥AB 于 D。求 CD、AD、BD。
解:AB=62+82=10。由射影定理,
AD=ABAC2=1036=3.6,BD=ABBC2=1064=6.4,
CD=AD⋅BD=3.6×6.4=23.04=4.8.
点评:也可以先用面积桥 CD=ABAC⋅BC=4.8,再反推两段射影——乘积等式之间互为后门,哪条好算走哪条。
常见变式
- 知二求四:斜边两段 AD、BD 与三条线段 AC、BC、CD 共五个量中,任给两个相容的量,全组可解。
- 圆中版:直径对直角加半弦结构,相交弦定理与 CD2=AD⋅BD 本质相通。
- 坐标版:直角顶点在原点、斜边在坐标轴截距式上时,用斜边高公式快速求原点到直线距离。
对比与联系
| 模型 | 结构 | 核心等式 | 用途 |
|---|
| 母子相似模型 | 直角三角形加斜边高 | 射影定理三乘积 | 边长速算 |
| A 字模型 | 平行截割 | ABAD=ACAE | 比例求段 |
| 梯子模型 | 直角三角形斜边中点 | 斜边中线等于斜边一半 | 中点与最值 |
正例与反例
✅ 正例
- Rt△ABC 中 ∠C=90°,CD⊥AB,AD=3.6、BD=6.4,则 CD2=3.6×6.4=23.04,CD=4.8
❌ 反例
- 由 CD⊥AB 写 CD2=AD⋅AB:高的平方乘的是两段射影 AD、BD,不是乘斜边全程
高频误解与考试易错
- !射影定理张冠李戴:AC2=AD⋅AB(直角边方=近端射影乘斜边全程),写成 AC2=AD⋅BD 就全错
- !高的等式记混:CD2=AD⋅BD 是「高方等于两段射影之积」,与直角边等式结构不同
- !忽略大中小三个三角形都可互比:题目给哪两段就用哪一组相似,别死盯一对
常见问题
为什么叫母子相似?
大三角形
△ABC 是「母亲」,斜边高分出的
△ACD、
△CBD 是两个「孩子」,三个三角形形状相同(两两相似),只是大小与朝向不同。
三组等式怎么记最牢?
口诀「中平方、近乘远」:
AC2=AD⋅AB(
AC 是
AD 与
AB 的比例中项)、
BC2=BD⋅AB、
CD2=AD⋅BD。公共顶点出发的边,平方等于斜边上两段之积的对应组合。
模型和勾股定理什么关系?
把
AC2=AD⋅AB 与
BC2=BD⋅AB 相加即得
AC2+BC2=(AD+BD)⋅AB=AB2,勾股定理是射影定理的直接推论。
依据与出处
- 人教版(2024 审定)九年级下册 第三十一章《相似》(2027 春起使用)