题目内容
(2012•三明)在正方形ABCD中,对角线AC,BD交于点O,点P在线段BC上(不含点B),∠BPE=
∠ACB,PE交BO于点E,过点B作BF⊥PE,垂足为F,交AC于点G.
(1)当点P与点C重合时(如图1).求证:△BOG≌△POE;
(2)通过观察、测量、猜想:
=
,并结合图2证明你的猜想;
(3)把正方形ABCD改为菱形,其他条件不变(如图3),若∠ACB=α,求
的值.(用含α的式子表示)
1 |
2 |
(1)当点P与点C重合时(如图1).求证:△BOG≌△POE;
(2)通过观察、测量、猜想:
BF |
PE |
1 |
2 |
1 |
2 |
(3)把正方形ABCD改为菱形,其他条件不变(如图3),若∠ACB=α,求
BF |
PE |
分析:(1)由四边形ABCD是正方形,P与C重合,易证得OB=OP,∠BOC=∠BOG=90°,由同角的余角相等,证得∠GBO=∠EPO,则可利用ASA证得:△BOG≌△POE;
(2)首先过P作PM∥AC交BG于M,交BO于N,易证得△BMN≌△PEN(ASA),△BPF≌△MPF(ASA),即可得BM=PE,BF=
BM.则可求得
的值;
(3)首先过P作PM∥AC交BG于点M,交BO于点N,由(2)同理可得:BF=
BM,∠MBN=∠EPN,继而可证得:△BMN∽△PEN,然后由相似三角形的对应边成比例,求得
的值.
(2)首先过P作PM∥AC交BG于M,交BO于N,易证得△BMN≌△PEN(ASA),△BPF≌△MPF(ASA),即可得BM=PE,BF=
1 |
2 |
BF |
PE |
(3)首先过P作PM∥AC交BG于点M,交BO于点N,由(2)同理可得:BF=
1 |
2 |
BF |
PE |
解答:(1)证明:∵四边形ABCD是正方形,P与C重合,
∴OB=OP,∠BOC=∠BOG=90°,
∵PF⊥BG,∠PFB=90°,
∴∠GBO=90°-∠BGO,∠EPO=90°-∠BGO,
∴∠GBO=∠EPO,
在△BOG和△POE中,
∵
,
∴△BOG≌△POE(ASA);
(2)解:猜想
=
.
证明:如图2,过P作PM∥AC交BG于M,交BO于N,
∴∠PNE=∠BOC=90°,∠BPN=∠OCB.
∵∠OBC=∠OCB=45°,
∴∠NBP=∠NPB.
∴NB=NP.
∵∠MBN=90°-∠BMN,∠NPE=90°-∠BMN,
∴∠MBN=∠NPE,
在△BMN和△PEN中,
∵
,
∴△BMN≌△PEN(ASA),
∴BM=PE.
∵∠BPE=
∠ACB,∠BPN=∠ACB,
∴∠BPF=∠MPF.
∵PF⊥BM,
∴∠BFP=∠MFP=90°.
在△BPF和△MPF中,
,
∴△BPF≌△MPF(ASA).
∴BF=MF.
即BF=
BM.
∴BF=
PE.
即
=
;
(3)解法一:如图3,过P作PM∥AC交BG于点M,交BO于点N,
∴∠BPN=∠ACB=α,∠PNE=∠BOC=90°,
由(2)同理可得:BF=
BM,∠MBN=∠EPN,
∵∠BNM=∠PNE=90°,
∴△BMN∽△PEN.
∴
=
.
在Rt△BNP中,tanα=
,
∴
=tanα.
即
=tanα.
∴
=
tanα.
解法二:如图3,过P作PM∥AC交BG于点M,交BO于点N,
∴BO⊥PM,∠BPN=∠ACB=α,
∵∠BPE=
∠ACB=
α,PF⊥BM,
∴∠EPN=
α.∠MBN=∠EPN=∠BPE=
α.
设BF=x,PE=y,EF=m,
在Rt△PFB中,tan
=
,
∵PF=PE+EF=y+m,
∴x=(y+m)tan
,
在Rt△BFE中,tan
=
=
,
∴m=x•tan
,
∴x=(y+xtan
)•tan
,
∴x=y•tan
+x•tan2
,
∴(1-tan2
)x=y•tan
,
∴
=
.
即
=
.
解法三:如图3,过P作PM∥AC交BG于点M,交BO于点N,
∴∠BNP=∠BOC=90°.
∴∠EPN+∠NEP=90°.
又∵BF⊥PE,
∴∠FBE+∠BEF=90°.
∵∠BEF=∠NEP,
∴∠FBE=∠EPN,
∵PN∥AC,
∴∠BPN=∠BCA=α.
又∵∠BPE=
∠ACB=
α,
∴∠NPE=∠BPE=
α.
∴∠FBE=∠BPE=∠EPN=
α.
∵sin∠FPB=
,
∴BP=
,)
∵cos∠EPN=
,
∴PN=PE•cos
,
∵cos∠NPB=
,
∴PN=BP•cosα,
∴EP•cos
=BP•cosα,
∴EP•cos
=
•cosα,
∴
=
.
∴OB=OP,∠BOC=∠BOG=90°,
∵PF⊥BG,∠PFB=90°,
∴∠GBO=90°-∠BGO,∠EPO=90°-∠BGO,
∴∠GBO=∠EPO,
在△BOG和△POE中,
∵
|
∴△BOG≌△POE(ASA);
(2)解:猜想
BF |
PE |
1 |
2 |
证明:如图2,过P作PM∥AC交BG于M,交BO于N,
∴∠PNE=∠BOC=90°,∠BPN=∠OCB.
∵∠OBC=∠OCB=45°,
∴∠NBP=∠NPB.
∴NB=NP.
∵∠MBN=90°-∠BMN,∠NPE=90°-∠BMN,
∴∠MBN=∠NPE,
在△BMN和△PEN中,
∵
|
∴△BMN≌△PEN(ASA),
∴BM=PE.
∵∠BPE=
1 |
2 |
∴∠BPF=∠MPF.
∵PF⊥BM,
∴∠BFP=∠MFP=90°.
在△BPF和△MPF中,
|
∴△BPF≌△MPF(ASA).
∴BF=MF.
即BF=
1 |
2 |
∴BF=
1 |
2 |
即
BF |
PE |
1 |
2 |
(3)解法一:如图3,过P作PM∥AC交BG于点M,交BO于点N,
∴∠BPN=∠ACB=α,∠PNE=∠BOC=90°,
由(2)同理可得:BF=
1 |
2 |
∵∠BNM=∠PNE=90°,
∴△BMN∽△PEN.
∴
BM |
PE |
BN |
PN |
在Rt△BNP中,tanα=
BN |
PN |
∴
BM |
PE |
即
2BF |
PE |
∴
BF |
PE |
1 |
2 |
解法二:如图3,过P作PM∥AC交BG于点M,交BO于点N,
∴BO⊥PM,∠BPN=∠ACB=α,
∵∠BPE=
1 |
2 |
1 |
2 |
∴∠EPN=
1 |
2 |
1 |
2 |
设BF=x,PE=y,EF=m,
在Rt△PFB中,tan
α |
2 |
BF |
PF |
∵PF=PE+EF=y+m,
∴x=(y+m)tan
α |
2 |
在Rt△BFE中,tan
α |
2 |
EF |
BF |
m |
x |
∴m=x•tan
α |
2 |
∴x=(y+xtan
α |
2 |
α |
2 |
∴x=y•tan
α |
2 |
α |
2 |
∴(1-tan2
α |
2 |
α |
2 |
∴
x |
y |
tan
| ||
1-tan2
|
即
BF |
PE |
tan
| ||
1-tan2
|
解法三:如图3,过P作PM∥AC交BG于点M,交BO于点N,
∴∠BNP=∠BOC=90°.
∴∠EPN+∠NEP=90°.
又∵BF⊥PE,
∴∠FBE+∠BEF=90°.
∵∠BEF=∠NEP,
∴∠FBE=∠EPN,
∵PN∥AC,
∴∠BPN=∠BCA=α.
又∵∠BPE=
1 |
2 |
1 |
2 |
∴∠NPE=∠BPE=
1 |
2 |
∴∠FBE=∠BPE=∠EPN=
1 |
2 |
∵sin∠FPB=
BF |
BP |
∴BP=
BF | ||
sin
|
∵cos∠EPN=
PN |
PE |
∴PN=PE•cos
α |
2 |
∵cos∠NPB=
PN |
BP |
∴PN=BP•cosα,
∴EP•cos
α |
2 |
∴EP•cos
α |
2 |
BF | ||
sin
|
∴
BF |
PE |
sin
| ||||
cosα |
点评:此题考查了正方形的性质、菱形的性质、相似三角形的判定与性质、全等三角形的判定与性质以及三角函数的定义等知识.此题综合性很强,难度较大,注意准确作出辅助线是解此题的关键,注意数形结合思想的应用.
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