题目内容

【题目】阅读下列材料:数学课上,老师出示了这样一个问题:

如图1,在等边中,点、在上,且,直线交于点,交延长线于点,且,探究线段之间的数量关系,并证明.

某学习小组的同学经过思考,交流了自己的想法:

小明:“通过观察和度量,发现与存在某种数量关系”;

小强:“通过观察和度量,发现图1中有一条线段与相等”;

小伟:“通过构造三角形,证明三角形全等,进而可以得到线段之间的数量关系”.

……

老师:“保留原题条件,再过点作交于与相交于点(如图2)如果给出的值,那么可以求出的值”.

请回答:

(1)在图1中找出与数量关系,并证明;

(2)在图1中找出与线段相等的线段,并证明;

(3)探究线段之间的数量关系,并证明;

(4)若,求的值(用含的代数式表示).

【答案】(1),理由见详解;(2),理由见详解;(3),理由见详解;(4)

【解析】

(1)先根据三角形内角和定理得:∠BDF+∠DEG=120°,由三角形外角的性质得:∠DEG=60°+∠BCE,代入可得结论;

(2)先判断出△ACD≌△BCE(SAS),得出∠ACD=∠BCE,CD=CE,进而判断出∠ACD=∠P,得CD=DP,即可得出结论;

(3)如图2,作辅助线构建三角形全等,证明,得,,设,则,,由勾股定理得:,列方程可得结论;

(4)如图3,作辅助线,设,,,,,证明,由得,,得,由,得,即,计算,证明,可得结论.

解:(1)如图1,∠BCE+∠BDF=60°,

证明:∵∠DGE=60°,

∴∠BDF+∠DEG=180°﹣60°=120°,

∵△ABC是等边三角形,

∴∠B=60°,

∵∠DEG=∠B+∠BCE,

∴∠BDF+60°+∠BCE=120°,

∴∠BCE+∠BDF=60°;

(2)DP=CE,

证明:如图1,连接CD,

∵△ABC是等边三角形,

∴∠BAC=∠B=60°,AC=BC,

∵AD=BE,

∴△ACD≌△BCE(SAS),

∴∠ACD=∠BCE,CD=CE,

∵∠CAB=∠P+∠ADP=∠P+∠BDF=60°,

由(1)知:∠BDF+∠BCE=60°,

∴∠P=∠BCE=∠ACD,

∴CD=DP,

∴CE=DP;

(3)结论:AD2+ADBD+BD2=CE2,

证明:如图2,在边AC上截取AH=AD,连接DH,过D作DM⊥AC于M,连接CD,

∴∠CAB=60°,

∴△ADH是等边三角形,

∴AD=DH=AH,∠AHD=60°,

∴∠DHC=∠PAD=120°,

由(2)知CD=PD,∠P=∠ACD,

∴△DHC≌△DAP(AAS),

∴CH=AP,

∵AC=AB,AH=AD,

∴AC﹣AH=AB﹣AD,即CH=BD,

∴BD=AP,

Rt△ADM中,∠ADM=30°,

设,则,,

中,由勾股定理得:,

,

;

(4)如图3,连接CD,过H作HQ∥DF,交CD于Q,则∠QHD=∠MDG,

设CH=x,FH=y,FG=a,DG=na,CE=CD=ma,

∵DH∥AC,

∴∠DHF=∠ACB=60°,

∵∠CGF=∠DGE=60°,

∴∠DHF=∠CGF,

∵∠DFH=∠CFG,

∴∠MDG=∠MCH,△CGF∽△DHF,

∵DH∥AC,

∴∠CDH=∠ACD=∠GCF=∠MDG=∠QHD,

∴QH=QD,

∵QH∥DF,

,,

,,

,即,

,

,

,即,

,

,

∵∠MCH=∠MDG,∠CMH=∠DMG,

∴△CMH∽△DMG,

.

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