题目内容
【题目】如图所示,在菱形ABCD中,AB=4,∠BAD=120°,点E、F分别在菱形的边BC、CD上运动,且∠EAF=60°且E、F不与B、C、D重合,连接AC交EF于P点.
(1)证明:不论E、F在BC、CD上如何运动,总有BE=CF;
(2)当BE=1时,求AP的长;
(3)当点E、F在BC、CD上滑动时,分别探讨四边形AECF和△CEF的面积是否发生变化?如果不变,直接写出这个定值;如果变化,是最大值还是最小值?并直接写出最大(或最小)值.
【答案】(1) 见解析;(2) AP=,(3)四边形AECF的面积不变,定值为;△CEF的面积变化最大值.
【解析】
(1)先求证AB=AC,进而求证△ABC、△ACD为等边三角形,得∠4=60°,AC=AB进而求证△ABE≌△ACF,即可求得BE=CF;
(2)首先利用勾股定理得出AE的长,进而得出△AEF是等边三角形,进而得出△APF∽△AFC,进而求出AP的长;
(3)根据△ABE≌△ACF可得S△ABE=S△ACF,故根据S四边形AECF= S△ABC即可解题;当正三角形AEF的边AE与BC垂直时,边AE最短.△AEF的面积会随着AE的变化而变化,且当AE最短时,正三角形AEF的面积会最小,又根据S△CEF=S四边形AECF-S△AEF,则△CEF的面积就会最大.
(1)证明:如图1,
∵菱形ABCD,∠BAD=120°,
∵∠1+∠EAC=60°,∠3+∠EAC=60°,
∴∠1=∠3,
∵∠BAD=120°,
∴∠ABC=60°,
∴△ABC、△ACD为等边三角形
∴∠4=60°,AC=AB,
∴在△ABE和△ACF中,
,
∴△ABE≌△ACF(ASA),
∴BE=CF.
(2)解:如图2,过点E作EM⊥AB于点M,
∵BE=1,∠B=60°,∠BME=90°,
∴BM=,则ME=,
∴AM=,
∴AE=,
由(1)得:AE=AF,
又∵∠EAF=60°,
∴△AEF是等边三角形,
∴AF=,∠AFP=60°,
∴∠AFP=∠4,
又∵∠3=∠3,
∴△APF∽△AFC,
∴,
∴,
解得:AP=;
(3)解:四边形AECF的面积不变,△CEF的面积发生变化.
理由:由(1)得△ABE≌△ACF,
则S△ABE=S△ACF,
故S四边形AECF=S△AEC+S△ACF=S△AEC+S△ABE=S△ABC,是定值,
如图3,作AH⊥BC于H点,
则BH=2,
S四边形AECF=S△ABC=BCAH=BC,
由“垂线段最短”可知,当正三角形AEF的边AE与BC垂直时,边AE最短.
故△AEF的面积会随着AE的变化而变化,且当AE最短时,
正三角形AEF的面积会最小,
又S△CEF=S四边形AECF-S△AEF,则△CEF的面积就会最大.
则S△CEF=S四边形AECF-S△AEF=.