题目内容

【题目】如图1,四边形ABCD中,∠ABC=∠ADC=90°,AD=CD.

(1)求证:BD平分∠ABC;

(2)如图2,点E、F分别在AB、BC上,连接EF,M是EF的中点,过M作EF的垂线交BD于P.求证:AE+CF=PD;

(3)如图3,在(2)条件下,连AF,若AE=CF,∠DAF=2∠AFE=2α,AF=13,BC=12,(BC>AB).求BD的长.

【答案】(1)见解析;(2)见解析;(3)17

【解析】

(1)作DG⊥BC于G,DH⊥BA于H,通过证明△DAH≌△DCG可证点D到BA和BC的距离相等;

(2)PM是中垂线,因此连接PE、PF,有PE=PF,由第(1)问可知∠ABD=∠CBD,则B、E、P、F四点共圆,推出∠EPF是直角,将△BEP绕点P逆时针旋转90°至△NFP,可以得出BE+BF=BP,注意四边形ABCD的结构与四边形PEBF结构一样,因此同理可得AB+BC=BD,进而得出所证结论.

(3)由于AE=CF,因此可以考虑CF为边在BC上方构造△QCF≌△FEA,连接AQ、AC.可以推出△AFQ是等腰直角三角形,同时注意△ACD也是等腰直角三角形,∠CAQ是两个45°的重叠角,于是∠CAQ=90﹣2α,然后可推出AC=AQ,而AQ=AF=13,BC已知,由勾股定理可算出AB长度,根据第(2)问中的结论,BD长度就自然得出.

解:(1)如图1,作DG⊥BC于G,DH⊥BA于H.

则∠DHA=∠DGC=90°.

∵∠ABC=∠ADC=90°,

∴∠BAD+∠BCD=180°,

∵∠BAD+∠DAH=180°,

∴∠DAH=∠DCG,

在△DAH和△DCG中:

,

∴△DAH≌△DCG(AAS),

∴DH=DG,

∴BD平分∠ABC.

(2)如图2,连接PE、PF,

∵M为EF中点且PM⊥EF,

∴PE=PF,

∵∠EBP=∠FBP,

∴P、E、B、F四点共圆,

∴∠PEB+∠PFB=∠EBF+∠EPF=180°,

∴∠EBF=90°,

∴∠EPF=90°,

在FC上截取FN=BE,连接PN.

∴∠PFN+∠PFB=180°,

∴∠PFN=∠PEB,

在△PEB和△PFN中:

,

∴△PEB≌△PFN(SAS),

∴PB=PN,∠EPB=∠FPN

∴∠BPN=∠BPF+∠FPN=∠BPF+∠EPB=∠EPF=90°,

∴△BPN是等腰直角三角形,

∴BN=BP,

∵BN=BF+FN=BF+BE,

∴BE+BF=BP,

同理可证BA+BC=BD,

∴AE+BE+BF+FC=(BP+PD)=BP+PD,

∴AE+CF=PD.

(3)如图3,作△QCF≌△FEA,连接AQ、AC.

则∠EAF=∠CFQ,AF=FQ,∠FQC=∠AFE=α,

∵∠EAF+∠AFB=90°,

∴∠CFQ+∠AFB=90°,

∴∠AFQ=90°,

∴△AFQ是等腰直角三角形,

∴AQ=AF=13,∠FAQ=∠FQA=45°,

∵AD=DC,∠ADC=90°,

∴△ADC是等腰直角三角形,

∴∠DAC=∠DCA=45°,

∴∠DAC+∠FAQ=∠DAF+∠QAC=90°,

∴∠QAC=90°﹣∠DAC=90°﹣2α,

∵∠AQC=∠AQF+∠FQC=45°+α,

∴∠ACQ=180°﹣∠QAC﹣∠AQC=45°+α,

∴AC=AQ=13,

∵BC=12,

∴AB=5,

由(2)可知AB+BC=BD,

∴BD=(AB+BC)=17.

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