题目内容

【题目】在正方形ABCD中,对角线AC与BD交于点O;在Rt△PMN中,∠MPN90°.

(1)如图1,若点P与点O重合且PM⊥AD、PN⊥AB,分别交AD、AB于点E、F,请直接写出PE与PF的数量关系;

(2)将图1中的Rt△PMN绕点O顺时针旋转角度α(0°<α<45°).

①如图2,在旋转过程中(1)中的结论依然成立吗,若成立,请证明;若不成立,请说明理由;

②如图2,在旋转过程中,当∠DOM15°时,连接EF,若正方形的边长为2,请求出线段EF的长;

③如图3,旋转后,若Rt△PMN的顶点P在线段OB上移动(不与点O、B重合),当BD3BP时,猜想此时PE与PF的数量关系,并给出证明;当BDm·BP时,请直接写出PE与PF的数量关系.

【答案】(1)PE=PF;(2)①成立,理由参见解析;②;③PE=2PF,理由见解析;PE=(m-1)·PF.

【解析】

(1)根据正方形的性质和角平分线的性质解答即可;
(2)①根据正方形的性质和旋转的性质证明△FOA≌△EOD,得到答案;
②作OG⊥AB于G,根据余弦的概念求出OF的长,根据勾股定理求值即可;
③过点P作HP⊥BD交AB于点H,根据相似三角形的判定和性质求出PE与PF的数量关系,根据解答结果总结规律得到当BD=mBP时,PE与PF的数量关系.

解:(1)PE=PF,理由:
∵四边形ABCD为正方形,
∴∠BAC=∠DAC,又PM⊥AD、PN⊥AB,
∴PE=PF;
(2)①成立,理由:
∵AC、BD是正方形ABCD的对角线,
∴OA=OD,∠FAO=∠EDO=45°,∠AOD=90°,
∴∠DOE+∠AOE=90°,
∵∠MPN=90°,
∴∠FOA+∠AOE=90°,
∴∠FOA=∠DOE,
在△FOA和△EOD中, ,
∴△FOA≌△EOD,
∴OE=OF,即PE=PF;


②作OG⊥AB于G,
∵∠DOM=15°,
∴∠AOF=15°,则∠FOG=30°,
∵cos∠FOG=,
∴OF=,

又OE=OF,
∴EF= ;
③PE=2PF,

如图3,过点P作HP⊥BD交AB于点H,


则△HPB为等腰直角三角形,∠HPD=90°,
∴HP=BP,
∵BD=3BP,
∴PD=2BP,
∴PD=2HP,
又∵∠HPF+∠HPE=90°,∠DPE+∠HPE=90°,
∴∠HPF=∠DPE,
又∵∠BHP=∠EDP=45°,
∴△PHF∽△PDE,
∴,
即PE=2PF,
由此规律可知,当BD=mBP时,PE=(m-1)PF.

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