题目内容

【题目】(问题发现)

(1)如图(1)四边形ABCD中,若AB=AD,CB=CD,则线段BD,AC的位置关系为   ;

(拓展探究)

(2)如图(2)在Rt△ABC中,点F为斜边BC的中点,分别以AB,AC为底边,在Rt△ABC外部作等腰三角形ABD和等腰三角形ACE,连接FD,FE,分别交AB,AC于点M,N.试猜想四边形FMAN的形状,并说明理由;

(解决问题)

(3)如图(3)在正方形ABCD中,AB=2,以点A为旋转中心将正方形ABCD旋转60°,得到正方形AB'C'D',请直接写出BD'平方的值.

【答案】(1)AC垂直平分BD;(2)四边形FMAN是矩形,理由见解析;(3)16+8或16﹣8

【解析】

(1)依据点A在线段BD的垂直平分线上,点C在线段BD的垂直平分线上,即可得出AC垂直平分BD;

(2)根据Rt△ABC中,点F为斜边BC的中点,可得AF=CF=BF,再根据等腰三角形ABD 和等腰三角形ACE,即可得到AD=DB,AE=CE,进而得出∠AMF=∠MAN=∠ANF=90°,即可判定四边形AMFN是矩形;

(3)分两种情况:①以点A为旋转中心将正方形ABCD逆时针旋转60°,②以点A为旋转中心将正方形ABCD顺时针旋转60°,分别依据旋转的性质以及勾股定理,即可得到结论.

(1)∵AB=AD,CB=CD,

∴点A在线段BD的垂直平分线上,点C在线段BD的垂直平分线上,

∴AC垂直平分BD,

故答案为:AC垂直平分BD;

(2)四边形FMAN是矩形.理由:

如图2,连接AF,

∵Rt△ABC中,点F为斜边BC的中点,

∴AF=CF=BF,

又∵等腰三角形ABD 和等腰三角形ACE,

∴AD=DB,AE=CE,

∴由(1)可得,DF⊥AB,EF⊥AC,

又∵∠BAC=90°,

∴∠AMF=∠MAN=∠ANF=90°,

∴四边形AMFN是矩形;

(3)BD′的平方为16+8或16﹣8.

分两种情况:

①以点A为旋转中心将正方形ABCD逆时针旋转60°,

如图所示:过D'作D'E⊥AB,交BA的延长线于E,

由旋转可得,∠DAD'=60°,

∴∠EAD'=30°,

∵AB=2=AD',

∴D'E=AD'=,AE=,

∴BE=2+,

∴Rt△BD'E中,BD'2=D'E2+BE2=()2+(2+)2=16+8

②以点A为旋转中心将正方形ABCD顺时针旋转60°,

如图所示:过B作BF⊥AD'于F,

旋转可得,∠DAD'=60°,

∴∠BAD'=30°,

∵AB=2=AD',

∴BF=AB=,AF=,

∴D'F=2﹣,

∴Rt△BD'F中,BD'2=BF2+D'F2=()2+(2-)2=16﹣8

综上所述,BD′平方的长度为16+8或16﹣8.

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