题目内容

【题目】如图①,已知正方形ABCD的边长为1,点P是AD边上的一个动点,点A关于直线BP的对称点是点Q,连接PQ、DQ、CQ、BQ,设AP=x.

(1)BQ+DQ的最小值是_______,此时x的值是_______;

(2)如图②,若PQ的延长线交CD边于点E,并且∠CQD=90°.

①求证:点E是CD的中点; ②求x的值.

(3)若点P是射线AD上的一个动点,请直接写出当△CDQ为等腰三角形时x的值.

【答案】(1),;(2) ①理由详见解析;②;(3) 2﹣或或2+.

【解析】

试题分析:(1)根据两点之间,线段最短可知,点Q在线段BD上时BQ+DQ的值最小,是BD的长度,利用勾股定理即可求出;再根据△PDQ是等腰直角三角形求出x的值;

(2) ①由对称可知AB=BQ=BC,因此∠BCQ=∠BQC.根据∠BQE=∠BCE=90°,可知∠EQC=∠ECQ,从而EQ=EC.再根据∠CQD=90°可得∠DQE+∠CQE=90°, ∠QCE+∠QDE=90°,而∠EQC=∠ECQ, 所以∠QDE=∠DQE,从而EQ=ED.易得点E是CD的中点;②在Rt△PDE中,PE= PQ+QE=x+,PD=1﹣x,PQ=x,根据勾股定理即可求出x的值.

(3) △CDQ为等腰三角形分两种情况:①CD为腰,以点C 为圆心,以CD的长为半径画弧,两弧交点即为使得△CDQ为等腰三角形的Q点; ②CD为底边时,作CD的垂直平分线,与的交点即为△CDQ为等腰三角形的Q点,则共有 3个Q点,那么也共有3个P点,作辅助线,利用直角三角形的性质求之即得.

试题解析:(1),.

(2)①证明:在正方形ABCD中,

AB=BC,∠A=∠BCD=90°.

∵Q点为A点关于BP的对称点,

∴AB=QB,∠A=∠PQB=90°,

∴QB=BC,∠BQE=∠BCE,

∴∠BQC=∠BCQ,

∴∠EQC=∠EQB﹣∠CQB=∠ECB﹣∠QCB=∠ECQ,

∴EQ=EC.

在Rt△QDC中,

∵∠QDE=90°﹣∠QCE,

∠DQE=90°﹣∠EQC,

∴∠QDE=∠DQE,

∴EQ=ED,

∴CE=EQ=ED,即E为CD的中点.

②∵AP=x,AD=1,

∴PD=1﹣x,PQ=x,CD=1.

在Rt△DQC中,

∵E为CD的中点,

∴DE=QE=CE=,

∴PE=PQ+QE=x+,

∴,

解得 x=.

(3)△CDQ为等腰三角形时x的值为2-,,2+.

如图,以点B为圆心,以AB的长为半径画弧,以点C为圆心,以CD的长为半径画弧,两弧分别交于Q1,Q3.此时△CDQ1,△CDQ3都为以CD为腰的等腰三角形.作CD的垂直平分线交弧AC于点Q2,此时

△CDQ2以CD为底的等腰三形.

以下对此Q1,Q2,Q3.分别讨论各自的P点,并求AP的值.

讨论Q:如图作辅助线,连接BQ1、CQ1,作PQ1⊥BQ1交AD于P,过点Q1,作EF⊥AD于E,交BC于F.

∵△BCQ1为等边三角形,正方形ABCD边长为1,

∴,.

在四边形ABPQ1中,

∵∠ABQ1=30°,

∴∠APQ1=150°,

∴△PEQ1为含30°的直角三角形,

∴PE=.

∵AE=,

∴x=AP=AE-PE=2-.

②讨论Q2,如图作辅助线,连接BQ2,AQ2,过点Q2作PG⊥BQ2,交AD于P,连接BP,过点Q2作EF⊥CD于E,交AB于F.

∵EF垂直平分CD,

∴EF垂直平分AB,

∴AQ2=BQ2.

∵AB=BQ2,

∴△ABQ2为等边三角形.

在四边形ABQP中,

∵∠BAD=∠BQP=90°, ∠ABQ=60°,

∴∠APE=120°

∴∠EQ2G=∠DPG=180°-120°=60°,

∴,

∴EG=,

∴DG=DE+GE=-1,

∴PD=1-,

∴x=AP=1-PD=.

③对Q3,如图作辅助线,连接BQ1,CQ1,BQ3,CQ3,过点Q3作BQ3⊥PQ3,交AD的延长线于P,连接BP,过点Q1,作EF⊥AD于E,此时Q3在EF上,不妨记Q3与F重合.

∵△BCQ1为等边三角形,△BCQ3为等边三角形,BC=1,

∴,,

∴.

在四边形ABQ3P中

∵∠ABF=∠ABC+∠CBQ3=150°,

∴∠EPF=30°,

∴EP=,EF=.

∵AE=,

∴x=AP=AE+PE=+2.

综上所述,△CDQ为等腰三角形时x的值为2﹣,,2+.

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