在特殊的四边形中,矩形、正方形包丰富的数学模型。而菱形,其独特之处在于它的对角线相互垂直。除了常规的底乘高法求面积,我们还可以利用对角线乘积的一半来计算。其实,只要四边形的对角线相互垂直,无论其形状如何(如正方形、筝型等),我们都可以应用此公式。那么,在菱形中是否蕴藏着其他特殊模型呢?答案是肯定的。
请看,图中描绘了菱形ABCD,其中∠BAD为120°,M点位于BC上,N点位于CD上。若△AMN中有一个内角为60°,我们如何证明△AMN为等边三角形呢?
此题关键在于理解并应用一个基础模型:菱形配合内角60°(或120°)可衍生出两个等边三角形。连接AC并交MN于点F,再通过作ME∥AC与AB交于点E,我们可以得出△BME是等边三角形。进一步推导,我们可以得到AE与MC的长度相等,再证明△AEM与△MCN全等(依据ASA),从而确定△AMN的形状。
此模型不仅可以帮助我们求解线段的长度和最值,还能计算面积的最值。除得出△AMN为等边三角形的结论外,我们还可以得到一个重要的结论:四边形AMCN的面积与三角形ABC的面积相等,均为菱形ABCD面积的一半。
示例一:图示菱形ABCD中,AB长为2,∠BAD为120°,M、N分别为BC、CD上的点,∠MAN为60°。请问四边形AMCN的面积如何求解?
分析:我们可以利用上述模型中的结论,阴影部分的面积正好是菱形面积的一半。而菱形的面积除了常规的底乘高法外,还可以直接求等边三角形ABC的面积。
示例二:图示菱形ABCD中,∠A为60°,AB长为2,E、F两点同时从A、B出发,以相同速度向B、C移动。请问在移动过程中,EF的最小值如何求得?
分析:同样利用上述模型可知,三角形DEF为等边三角形。求EF的最小值即求DE的最小值,根据垂线段最短的原则即可得出。