题目内容

5.操作探究:已知矩形ABCD中,AB=4,BC=5,点E和F分别是AD和AB上一动点,折叠矩形ABCD,点A1为点A的对应点.
(1)如图1,沿直线EF折叠矩形ABCD,点A1是矩形ABCD内一点,请作出△A1EF(要求:尺规作图,保留作图痕迹,不写作法).
(2)如图2,沿直线BE折叠矩形ABCD,当A的对应点A1恰好落在∠BCD的平分线上时,求CA1的长.
拓展延伸:
(3)去掉“BC=5”的条件,若沿直线BE折叠矩形后,落在∠BCD平分线上的点A1有且只有一个时,求矩形的面积.
(4)把矩形ABCD沿直线EF折叠后,点A的对应点A1落在矩形ABCD内(不包括边缘部分),直接写出DA1的最小值.

分析 (1)分别以A和A1为圆心,大于AA1长的一半为半径画弧,两弧交于M,N两点,作直线MN,交AD于E,交AB于F,连接A1E和A1F,则△A1EF即为所求;
(2)过点A1作A1F⊥BC于F,设A1F=CF=x,则BF=5-x,在Rt△A1BF中,根据勾股定理得出A1F2+BF2=A1B2,进而得到x2+(5-x)2=42,求得CF=$\frac{5+\sqrt{7}}{2}$或$\frac{5-\sqrt{7}}{2}$,最后在在等腰Rt△A1CF中,求得CA1即可;
(3)过点B作∠BCD的平分线的垂线,当点A1落在垂足上时,点A1有且只有一个,根据△A1BC是等腰直角三角形,得到A1B=A1C=4,求得BC=$\sqrt{{4}^{2}+{4}^{2}}$=4$\sqrt{2}$,据此求得矩形的面积;
(4)根据两点之间线段最短,以及A1B=AB=4可得,当点B,A1,D三点共线时,A1D最短,在Rt△ABD中,根据勾股定理求得BD的长,即可得到DA1的最小值.

解答 解:(1)如图1所示,分别以A和A1为圆心,大于AA1长的一半为半径画弧,两弧交于M,N两点,作直线MN,交AD于E,交AB于F,连接A1E和A1F,则△A1EF即为所求;


(2)如图2所示,过点A1作A1F⊥BC于F,

∵点A1落在∠BCD的平分线上,
∴∠BCA1=45°,
∴△A1CF是等腰直角三角形,
设A1F=CF=x,则BF=5-x,
由折叠可得,A1B=AB=4,
∴Rt△A1BF中,A1F2+BF2=A1B2,
即x2+(5-x)2=42,
解得x1=$\frac{5+\sqrt{7}}{2}$,x2=$\frac{5-\sqrt{7}}{2}$,
即CF=$\frac{5+\sqrt{7}}{2}$或$\frac{5-\sqrt{7}}{2}$,
∴在等腰Rt△A1CF中,CA1=$\sqrt{2}$CF=$\frac{5}{2}\sqrt{2}$+$\frac{\sqrt{14}}{2}$或$\frac{5}{2}\sqrt{2}$-$\frac{\sqrt{14}}{2}$;

(3)如图3所示,过点B作∠BCD的平分线的垂线,当点A1落在垂足上时,点A1有且只有一个,

此时,△A1BC是等腰直角三角形,
∴A1B=A1C=4,
∴BC=$\sqrt{{4}^{2}+{4}^{2}}$=4$\sqrt{2}$,
∴矩形的面积=4×4$\sqrt{2}$=16$\sqrt{2}$;

(4)如图4所示,根据两点之间线段最短,以及A1B=AB=4可得,
当点B,A1,D三点共线时,A1D最短,

此时,Rt△ABD中,BD=$\sqrt{A{B}^{2}+A{D}^{2}}$=$\sqrt{{4}^{2}+{5}^{2}}$=$\sqrt{41}$,
∴A1D=$\sqrt{41}$-4,
即DA1的最小值为$\sqrt{41}$-4.

点评 本题属于四边形综合题,主要考查了矩形的性质,等腰直角三角形的性质,轴对称的性质,解一元二次方程以及勾股定理的综合应用,解决问题的关键是掌握:折叠是一种对称变换,它属于轴对称,折叠前后图形的形状和大小不变,位置变化,对应边和对应角相等.解题时注意:设要求的线段长为x,然后根据折叠和轴对称的性质用含x的代数式表示其他线段的长度,选择适当的直角三角形,运用勾股定理列出方程即可求出答案.

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