题目内容

【题目】如图,四边形是正方形,是等边三角形,为对角线(不含点)上任意一点,将绕点逆时针旋转60°得到,连接、、.

(1)求证;

(2)①当点在何处时,的值最小;

②当点在何处时,的值最小,并说明理由;

(3)当的最小值为时,求正方形的边长.

【答案】(1)证明见解析;(2)①当M点落在BD的中点时,A、M、C三点共线,AM+CM的值最小.②如图,连接CE,当M点位于BD与CE的交点处时,AM+BM+CM的值最小.理由见解析;(3).

【解析】

(1)由题意得MB=NB,∠ABN=15°,所以∠EBN=45°,容易证出△AMB≌△ENB;
(2)①根据“两点之间线段最短”,可得,当M点落在BD的中点时,AM+CM的值最小;
②根据“两点之间线段最短”,当M点位于BD与CE的交点处时,AM+BM+CM的值最小,即等于EC的长(如图);
(3)作辅助线,过E点作EF⊥BC交CB的延长线于F,由题意求出∠EBF=30°,设正方形的边长为x,在Rt△EFC中,根据勾股定理求得正方形的边长为.

(1)证明:∵△ABE是等边三角形,
∴BA=BE,∠ABE=60°.
∵∠MBN=60°,
∴∠MBN-∠ABN=∠ABE-∠ABN.
即∠MBA=∠NBE.
又∵MB=NB,
∴△AMB≌△ENB(SAS).
(2)解:①当M点落在BD的中点时,A、M、C三点共线,AM+CM的值最小.②如图,连接CE,当M点位于BD与CE的交点处时,
AM+BM+CM的值最小.


理由如下:连接MN,由(1)知,△AMB≌△ENB,
∴AM=EN,
∵∠MBN=60°,MB=NB,
∴△BMN是等边三角形.
∴BM=MN.
∴AM+BM+CM=EN+MN+CM.
根据“两点之间线段最短”可知,若E、N、M、C在同一条直线上时,EN+MN+CM取得最小值,最小值为EC.
在△ABM和△CBM中,
,
∴△ABM≌△CBM,
∴∠BAM=∠BCM,
∴∠BCM=∠BEN,
∵EB=CB,
∴若连接EC,则∠BEC=∠BCE,
∵∠BCM=∠BCE,∠BEN=∠BEC,
∴M、N可以同时在直线EC上.
∴当M点位于BD与CE的交点处时,AM+BM+CM的值最小,即等于EC的长.
(3)解:过E点作EF⊥BC交CB的延长线于F,


∴∠EBF=∠ABF-∠ABE=90°-60°=30°.
设正方形的边长为x,则BF=x,EF= .
在Rt△EFC中,
∵EF2+FC2=EC2,
∴()2+(x+x)2=(+1)2.
解得x1=,x2=-(舍去负值).
∴正方形的边长为.

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