题目内容
3.某数学兴趣小组开展了一次活动,过程如下:如图1,等腰直角△ABC中,AB=AC,∠BAC=90°,小敏将三角板中含45°角的顶点放在A上,斜边从AB边开始绕点A逆时针旋转一个角α,其中三角板斜边所在的直线交直线BC于点D,直角边所在的直线交直线BC于点E.(1)小敏在线段BC上取一点M,连接AM,旋转中发现:若AD平分∠BAM,则AE也平分∠MAC.请你证明小敏发现的结论;
(2)当0°<α≤45°时,小敏在旋转中还发现线段BD、CE、DE之间存在如下等量关系:BD2+CE2=DE2.同组的小颖和小亮随后想出了两种不同的方法进行解决:
小颖的想法:将△ABD沿AD所在的直线对折得到△ADF,连接EF(如图2);
小亮的想法:将△ABD绕点A逆时针旋转90°得到△ACG,连接EG(如图3);
请你从中任选一种方法进行证明.
(3)小敏继续旋转三角板,请你继续研究:当135°<α<180°时(如图4),等量BD2+CE2=DE2是否仍然成立?请作出判断,不需要证明.
分析 (1)如图1,根据图形、已知条件推知∠BAD+∠MAE=∠DAM+∠EAC=45°,所以∠MAE=∠EAC,即AE平分∠MAC;
(2)成立.小颖的方法是应用折叠对称的性质和SAS得到△AEF≌△AEC,在Rt△DFE中应用勾股定理而证明;小亮的方法是将△ABD绕点A逆时针旋转90°得到△ACG,根据旋转的性质用SAS得到△ADE≌△AGE,从而在Rt△CEG中应用勾股定理而证明.
(3)成立.小颖的方法是应用折叠对称的性质和SAS得到△AEF≌△AEC,在Rt△DFE中应用勾股定理而证明;小亮的方法是将△ABD绕点A逆时针旋转90°得到△ACG,根据旋转的性质用SAS得到△ACE≌△ACG,从而在Rt△CEG中应用勾股定理而证明.当135°<α<180°时,等量关系BD2+CE2=DE2仍然成立.可以根据小颖和小亮的方法进行证明即可.
解答
(1)证明:如图1,∵∠BAC=90°,
∴∠BAD+∠DAM+∠MAE+∠EAC=90°.
∵∠DAE=45°,
∴∠BAD+∠EAC=45°.
∵∠BAD=∠DAM,
∴∠BAD+∠EAC=∠DAM+∠EAC=45°,
∴∠BAD+∠MAE=∠DAM+∠EAC,
∴∠MAE=∠EAC,即AE平分∠MAC;
(2)选择小颖的方法.
证明:如图2,连接EF.
由折叠可知,∠BAD=∠FAD,AB=AF,BD=DF,
∵∠BAD=∠FAD,
∴由(1)可知,∠CAE=∠FAE.![]()
在△AEF和△AEC中,
$\left\{\begin{array}{l}{AF=AC}\\{∠FAE=∠CAE}\\{AE=AE}\end{array}\right.$,
∴△AEF≌△AEC(SAS),
∴CE=FE,∠AFE=∠C=45°.
∴∠DFE=∠AFD+∠AFE=90°.
在Rt△DFE中,DF2+FE2=DE2,![]()
∴BD2+CE2=DE2.
选择小亮的方法,
证明:∵将△ABD绕点A逆时针旋转90°得到△ACG,
∴△ADB≌△AGC,
∴∠B=∠ACG=45°,AD=AG,BD=CG,
∵∠BAC=∠DAG=90°,∠DAE=45°,
∴∠EAG=45°,
在△DAE和△GAE中,
$\left\{\begin{array}{l}{AD=AG}\\{∠DAE=∠GAE}\\{AE=AE}\end{array}\right.$,
∴△DAE≌△GAE(SAS),
∴DE=EG,
∵∠ACB=90°,
∴∠ECG=∠ACB+∠ACG=45°+45°=90°μ,
∴△ECG是直角三角形,
∴CG2+CE2=EG2,
即BD2+CE2=DE2;
(3)当135°<α<180°时,等量关系BD2+CE2=DE2仍然成立.证明如下:
如图4,按小颖的方法作图,设AB与EF相交于点G.
∵将△ABD沿AD所在的直线对折得到△ADF,
∴AF=AB,∠AFD=∠ABD=135°,∠BAD=∠FAD.
又∵AC=AB,∴AF=AC.
又∵∠CAE=90°-∠BAE=90°-(45°-∠BAD)=45°+∠BAD=45°+∠FAD=∠FAE.![]()
∴∠CAE=∠FAE.
在△AEF和△AEC中,
∵$\left\{\begin{array}{l}{AF=AC}\\{∠FAE=∠CAE}\\{AE=AE}\end{array}\right.$,
∴△AEF≌△AEC(SAS),
∴CE=FE,∠AFE=∠C=45°.
∴∠DFE=∠AFD-∠AFE=∠135°-∠C=135°-45°=90°.
∴∠DFE=90°.
在Rt△DFE中,DF2+FE2=DE2,
∴BD2+CE2=DE2
点评 本题考查了几何变换综合性题目,用到的知识点有角平分线的定义,等腰直角三角形的性质,旋转的性质,折叠对称的性质,全等三角形的判定和性质等,题目的综合性较强,难度较大,正确做出图形的辅助线是解题的关键.
| A. | 2≤k≤3 | B. | 2≤k≤4 | C. | 3≤k≤4 | D. | 2≤k≤3.5 |
| A. | 4 | B. | 1 | C. | 2 | D. | 3 |
| A. | x-3 | B. | (x+3)2 | C. | x+3 | D. | (x-3)(x+3)2 |