题目内容

【题目】某数学活动小组在研究三角形拓展图形的性质时,经历了如下过程:

操作发现

在等腰ABC中,ABAC,分别以ABAC为腰,向ABC的外侧作等腰直角三角形,如图①所示,连接DE,其中FDE的中点,连接AF,则下列结论正确的是   (填序号即可)

AFBC:②AFBC;③整个图形是轴对称图形;④DEBC

数学思考

在任意ABC中,分别以ABAC为腰,向ABC的外侧作等腰直角三角形,如图②所示,连接DE,其中FDE的中点,连接AF,则AFBC有怎样的数量和位置关系?请给出证明过程

类比探索

在任意ABC中,仍分别以ABAC为腰,向ABC的内侧作等腰直角三角形,如图③所示,连接DE,其中FDE的中点,连接AF,试判断AFBC的数量和位置关系是否发生改变?并说明理由.

【答案】操作发现:①②③④;数学思考:AFBCAFBC,理由见解析;类比探索:AFBC的数量和位置关系不发生改变,理由见解析

【解析】

操作发现:

如图1,延长FABCG,连接BFCF.证明△FBA≌△FCASAS),得FB=FC,根据线段垂直平分线的逆定理可得FGBC的垂直平分线,得②正确;

证明∠AFD≌△BGAAAS),则AF=BGBC,得①正确;

根据内错角相等两直线平行,得④正确;

根据前面的证明可以得出整个图形是轴对称图形,故③正确,数学思考:

结论:AFBCAFBC,如图2,作辅助线,构建平行四边形和三角形全等,证明四边形DAEM是平行四边形,得AD=EM=ABADEM,再证明△CAB≌△AEMSAS),可得结论;

类比探索:

同理作辅助线,构建平行四边形和全等三角形,同理可得结论.

操作发现:

如图1,延长FABCG

∵△ABD和△ACE是等腰直角三角形,且∠BAD=CAE=90°,∴AB=ADAC=AE

AB=AC,∴AD=AE

FDE的中点,∴AFDE,∠DAF=EAF,∴∠BAF=CAF

AB=ACAF=AF,∴△FBA≌△FCASAS),∴FB=FC,∴FGBC的垂直平分线,即FGBCAFBC,故②正确;

∵∠AGB=AFD=90°,∠BAG=FDA,∴∠AFD≌△BGAAAS),∴AF=BGBC,故①正确;

∵∠AFD=AGC=90°,∴DEBC,故④正确;

根据前面的证明可以得出将图形1,沿FG对折左右两部分能完全重合,∴整个图形是轴对称图形,故③正确,结论正确的有:①②③④.

故答案为:①②③④;

数学思考:

结论:AFBCAFBC,理由是:

如图2,延长AFM,使FM=AF,连接DMEM,延长FABCG

DF=EF,∴四边形DAEM是平行四边形,∴AD=EM=ABADEM,∴∠DAE+AEM=DAE+BAC=180°,∴∠BAC=AEM

AC=AE,∴△CAB≌△AEMSAS),∴AM=BC=2AF,∠AME=CBA,即AFBC

ADEM,∴∠DAM=AME=CBA

∵∠BAD=90°,∴∠DAM+BAG=90°,∴∠CBA+BAG=AGB=90°,∴AFBC

类比探索:

AFBC的数量和位置关系不发生改变,理由是:

如图3,延长AFM,使AF=FM,连接EMDM,设AFBCN

EF=DF,∴四边形AEMD是平行四边形,∴AE=DM=AC

∵∠BAD+EAC=180°,∴∠BAC+EAD=180°.

AEDM,∴∠ADM+EAD=180°,∴∠ADM=BAC

AB=AD,∴△ABC≌△DAMSAS),∴AM=BC=2AF,∠DAM=ABC,∴AFBC

∵∠DAM+BAF=ABC+BAF=90°,∴∠ANB=90°,∴AFBC

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