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- 2021-05-10 发布
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四边形综合题集
评卷人
得 分
一.选择题(共9小题)
1.如图,在菱形ABCD中,AB=BD,点E、F分别是AB、AD上任意的点(不与端点重合),且AE=DF,连接BF与DE相交于点G,连接CG与BD相交于点H.给出如下几个结论:
①△AED≌△DFB;②S四边形BCDG=CG2;③若AF=2DF,则BG=6GF;④CG与BD一定不垂直;⑤∠BGE的大小为定值.
其中正确的结论个数为( )
A.4 B.3 C.2 D.1
2.如图,正方形ABCD中,点E,F分别在BC,CD上,△AEF是等边三角形,连接AC交EF于点G,下列结论:①CE=CF,②∠AEB=75°,③AG=2GC,④BE+DF=EF,⑤S△CEF=2S△ABE,其中结论正确的个数为( )
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
3.如图,边长为2的正方形ABCD中,AE平分∠DAC,AE交CD于点F,CE⊥AE,垂足为点E,EG⊥CD,垂足为点G,点H在边BC上,BH=DF,连接AH、FH,FH与AC交于点M,以下结论:
①FH=2BH;②AC⊥FH;③S△ACF=1;④CE=AF;⑤EG2=FG•DG,
其中正确结论的个数为( )
A.2 B.3 C.4 D.5
4.如图,在正方形ABCD中,E、F分别为BC、CD的中点,连接AE,BF交于点G,将△BCF沿BF对折,得到△BPF,延长FP交BA延长线于点Q,下列结论正确的个数是( )
①AE=BF;②AE⊥BF;③sin∠BQP=;④S四边形ECFG=2S△BGE.
A.4 B.3 C.2 D.1
5.如图,在矩形ABCD中,BC=AB,∠ADC的平分线交边BC于点E,AH⊥DE于点H,连接CH并延长交边AB于点F,连接AE交CF于点O,给出下列命题:
(1)∠AEB=∠AEH (2)DH=2EH
(3)OH=AE (4)BC﹣BF=EH
其中正确命题的序号( )
A.(1)(2)(3) B.(2)(3)(4) C.(2)(4) D.(1)(3)
6.如图,在边长为1的正方形ABCD中,动点F,E分别以相同的速度从D,C两点同时出发向C和B运动(任何一个点到达即停止),过点P作PM∥
CD交BC于M点,PN∥BC交CD于N点,连接MN,在运动过程中,则下列结论:
①△ABE≌△BCF;②AE=BF;③AE⊥BF;④CF2=PE•BF;⑤线段MN的最小值为.
其中正确的结论有( )
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
7.如图,正方形ABCD中,以AD为底边作等腰△ADE,将△ADE沿DE折叠,点A落到点F处,连接EF刚好经过点C,再连接AF,分别交DE于G,交CD于H.在下列结论中:
①△ABM≌△DCN;②∠DAF=30°;③△AEF是等腰直角三角形;④EC=CF;⑤S△HCF=S△ADH,
其中正确的结论有( )
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
8.如图,在矩形ABCD中,E是AD边的中点,BE⊥AC于点F,连接DF,分析下列四个结论:
①△AEF∽△CAB; ②CF=2AF; ③DF=DC; ④S四边形CDEF=S△AEF,
其中正确的结论有( )个.
A.①② B.①②③ C.①②④ D.①②③④
9.如图,正方形ABCD的边CD与正方形CGFE的边CE重合,O是EG的中点,∠EGC的平分线GH过点D,交BE于H,连接OH、FH、EG与FH交于M,对于下面四个结论:
①GH⊥BE;②HOBG;③点H不在正方形CGFE的外接圆上;④△GBE∽△GMF.
其中正确的结论有( )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
评卷人
得 分
二.填空题(共7小题)
10.如图,在正方形ABCD外取一点E,连接AE、BE、DE.过点A作AE的垂线交DE于点P.若AE=AP=1,PB=.下列结论:①△APD≌△AEB;②EB⊥ED;③点B到直线AE的距离为;④S△APD+S△APB=1+;⑤S正方形ABCD=4+.其中正确结论的序号是 .
11.如图,已知正方形ABCD的边长为2,E是边BC上的动点,BF⊥AE交CD于点F,垂足为G,连结CG.下列说法:①AG>GE;②AE=BF;③点G运动的路径长为π;④CG的最小值为﹣1.其中正确的说法是 .(把你认为正确的说法的序号都填上)
12.如图,在菱形ABCD中,AB=6,∠DAB=60°,AE分别交BC、BD于点E、F,CE=2,连接CF,以下结论:①△ABF≌△CBF;②点E到AB的距离是2;③tan∠DCF=;④△ABF的面积为.其中一定成立的是 (把所有正确结论的序号都填在横线上).
13.如图,在矩形ABCD中,AB=2,AD=,在边CD上有一点E,使EB平分∠AEC.若P为BC边上一点,且BP=2CP,连接EP并延长交AB的延长线于F.给出以下五个结论:
①点B平分线段AF;②PF=DE;③∠BEF=∠FEC;④S矩形ABCD=4S△BPF;⑤△AEB是正三角形.
其中正确结论的序号是 .
14.如图,在矩形ABCD中,AD=AB,∠BAD的平分线交BC于点E,DH⊥AE于点H,连接BH并延长交CD于点F,连接DE交BF于点O,下列结论:
①∠AED=∠CED;②OE=OD;③BH=HF;④BC﹣CF=2HE;⑤AB=HF,
其中正确的有 .
15.如图所示,在正方形ABCD的对角线上取点E,使得∠BAE=15°,连结AE,CE.延长CE到F,连结BF,使得BC=BF.若AB=1,则下列结论:①AE=CE;②F到BC的距离为;③BE+EC=EF;④;⑤.其中正确的是 .
16.如图,Rt△ABC中,∠C=90°,BC=3cm,AB=5cm.点P从点A出发沿AC以1.5cm/s的速度向点C匀速运动,到达点C后立刻以原来的速度沿CA返回;点Q从点B出发沿BA以1cm/s的速度向点A匀速运动.伴随着P、Q的运动,DE保持垂直平分PQ,且交PQ于点D,交折线PC﹣CB﹣BQ于点E.点P、Q同时出发,当点Q到达点A时停止运动,点P也随之停止.设点P、Q运动的时间是t秒(t>0),则当t= 秒时,四边形BQDE为直角梯形.
评卷人
得 分
三.解答题(共34小题)
17.在正方形ABCD中,动点E,F分别从D,C两点同时出发,以相同的速度在直线DC,CB上移动.
(1)如图1,当点E在边DC上自D向C移动,同时点F在边CB上自C向B移动时,连接AE和DF交于点P,请你写出AE与DF的数量关系和位置关系,并说明理由;
(2)如图2,当E,F分别在边CD,BC的延长线上移动时,连接AE,DF,(1)中的结论还成立吗?(请你直接回答“是”或“否”,不需证明);连接AC,请你直接写出△ACE为等腰三角形时CE:CD的值;
(3)如图3,当E,F分别在直线DC,CB上移动时,连接AE和DF交于点P,由于点E,F的移动,使得点P也随之运动,请你画出点P运动路径的草图.若AD=2,试求出线段CP的最大值.
18.如图,在△ABC中,∠C=90°,AC=BC=6.点P在边AC上运动,过点P作PD⊥AB于点D,以AP、AD为邻边作▱PADE.设□PADE与△ABC重叠部分图形的面积为y,线段AP的长为x(0<x≤6).
(1)求线段PE的长(用含x的代数式表示).
(2)当点E落在边BC上时,求x的值.
(3)求y与x之间的函数关系式.
(4)直接写出点E到△ABC任意两边所在直线距离相等时x的值.
19.问题探究
(1)如图①,已知正方形ABCD的边长为4.点M和N分别是边BC、CD上两点,且BM=CN,连接AM和BN,交于点P.猜想AM与BN的位置关系,并证明你的结论.
(2)如图②,已知正方形ABCD的边长为4.点M和N分别从点B、C同时出发,以相同的速度沿BC、CD方向向终点C和D运动.连接AM和BN,交于点P,求△APB周长的最大值;
问题解决
(3)如图③,AC为边长为2的菱形ABCD的对角线,∠ABC=60°.点M和N分别从点B、C同时出发,以相同的速度沿BC、CA向终点C和A运动.连接AM和BN,交于点P.求△APB周长的最大值.
20.如图1,在边长为4的菱形ABCD中,AC为其对角线,∠ABC=60°点M、N分别是边BC、边CD上的动点,且MB=NC.连接AM、AN、MN.MN交AC于点P.
(1)△AMN是什么特殊的三角形?说明理由.并求其面积最小值;
(2)求点P到直线CD距离的最大值;
(3)如图2,已知MB=NC=1,点E、F分别是边AM、边AN上的动点,连接EF、PF,EF+PF是否存在最小值?若存在,求出最小值及此时AE、AF的长;若不存在,请说明理由.
21.如图①
,正方形ABCD边长为1,将正方形ABCD绕点A逆时针旋转α度后得到正方形AB'C'D'(0°<α<90°),C'D'与直线CD相交于点E,C'B'与直线CD相交于点F.
问题发现:(1)试猜想∠EAF= ;三角形EC'F的周长 .
问题探究:如图②,连接B'D'分别交AE,AF于P,Q两点.
(2)在旋转过程中,若D'P=a,QB'=b,试用a,b来表示PQ,并说明理由.
(3)在旋转过程中△APQ的面积是否存在最小值,若存在,请求出这个值;若不存在,请说明理由.
22.如图,在矩形ABCD中,AB=CD=4cm,AD=BC=6cm,AE=DE=3cm,点P从点E出发,沿EB方向匀速运动,速度为1cm/s;同时,点Q从点C出发,沿CD方向匀速运动,速度为2cm/s,连接PQ,设运动时间为t(s)(0<t<2),解答下列问题:
(1)当t为何值时,PQ⊥CD?
(2)设四边形PBCQ的面积为y(cm2),求y与t的函数关系式;
(3)是否存在某一时刻t,使S四边形PBCQ:S四边形PQDE=22:5?若存在,求出t的值;若不存在,说明理由.
(4)是否存在某一时刻t,使A,P,Q三点在同一直线上?若存在,求出t的值;若不存在,说明理由.
23.已知,在梯形ABCD中,AD∥BC,∠
A=90°,AD=2,AB=4,BC=5,在射线BC任取一点M,联结DM,作∠MDN=∠BDC,∠MDN的另一边DN交直线BC于点N(点N在点M的左侧).
(1)当BM的长为10时,求证:BD⊥DM;
(2)如图(1),当点N在线段BC上时,设BN=x,BM=y,求y关于x的函数关系式,并写出它的定义域;
(3)如果△DMN是等腰三角形,求BN的长.
24.如图,在边长为2的正方形ABCD中,点P是边AD上的动点(点P不与点A、点D重合),点Q是边CD上一点,联结PB、PQ,且∠PBC=∠BPQ.
(1)当QD=QC时,求∠ABP的正切值;
(2)设AP=x,CQ=y,求y关于x的函数解析式;
(3)联结BQ,在△PBQ中是否存在度数不变的角?若存在,指出这个角,并求出它的度数;若不存在,请说明理由.
25.已知在矩形ABCD中,AB=2,AD=4.P是对角线BD上的一个动点(点P不与点B、D重合),过点P作PF⊥BD,交射线BC于点F.联结AP,画∠FPE=∠BAP,PE交BF于点E.设PD=x,EF=y.
(1)当点A、P、F在一条直线上时,求△ABF的面积;
(2)如图1,当点F在边BC上时,求y关于x的函数解析式,并写出函数定义域;
(3)联结PC,若∠FPC=∠BPE,请直接写出PD的长.
26.在正方形ABCD中,点E,F分别在边BC,CD上,且∠EAF=∠CEF=45°.
(1)将△ADF绕着点A顺时针旋转90°,得到△ABG(如图①),求证:△AEG≌△AEF;
(2)若直线EF与AB,AD的延长线分别交于点M,N(如图②),求证:EF2=ME2+NF2;
(3)将正方形改为长与宽不相等的矩形,若其余条件不变(如图③),请你直接写出线段EF,BE,DF之间的数量关系.
27.已知:如图,菱形ABCD中,对角线AC,BD相交于点O,且AC=12cm,BD=16cm.点P从点B出发,沿BA方向匀速运动,速度为1cm/s;同时,直线EF从点D出发,沿DB方向匀速运动,速度为1cm/s,EF⊥BD,且与AD,BD,CD分别交于点E,Q,F;当直线EF停止运动时,点P也停止运动.连接PF,设运动时间为t(s)(0<t<8).解答下列问题:
(1)当t为何值时,四边形APFD是平行四边形?
(2)设四边形APFE的面积为y(cm2),求y与t之间的函数关系式;
(3)是否存在某一时刻t,使S四边形APFE:S菱形ABCD=17:40?若存在,求出t的值,并求出此时P,E两点间的距离;若不存在,请说明理由.
28.如图1,矩形OABC顶点B的坐标为(8,3),定点D的坐标为(12,0),动点P从点O出发,以每秒2个单位长度的速度沿x轴的正方向匀速运动,动点Q从点D出发,以每秒1个单位长度的速度沿x轴的负方向匀速运动,PQ两点同时运动,相遇时停止.在运动过程中,以PQ为斜边在x轴上方作等腰直角三角形PQR.设运动时间为t秒.
(1)当t= 时,△PQR的边QR经过点B;
(2)设△PQR和矩形OABC重叠部分的面积为S,求S关于t的函数关系式;
(3)如图2,过定点E(5,0)作EF⊥BC,垂足为F,当△PQR的顶点R落在矩形OABC的内部时,过点R作x轴、y轴的平行线,分别交EF、BC于点M、N,若∠MAN=45°,求t的值.
29.△ABC中,∠BAC=90°,AB=AC,点D为直线BC上一动点(点D不与B,C重合),以AD为边在AD右侧作正方形ADEF,连接CF.
(1)观察猜想
如图1,当点D在线段BC上时,
①BC与CF的位置关系为: .
②BC,CD,CF之间的数量关系为: ;(将结论直接写在横线上)
(2)数学思考
如图2,当点D在线段CB的延长线上时,结论①,②是否仍然成立?若成立,请给予证明;若不成立,请你写出正确结论再给予证明.
(3)拓展延伸
如图3,当点D在线段BC的延长线上时,延长BA交CF于点G,连接GE.若已知AB=2,CD=BC,请求出GE的长.
30.已知:四边形ABCD中,对角线的交点为O,E是OC上的一点,过点A作AG⊥BE于点G,AG、BD交于点F.
(1)如图1,若四边形ABCD是正方形,求证:OE=OF;
(2)如图2,若四边形ABCD是菱形,∠ABC=120°.探究线段OE与OF的数量关系,并说明理由;
(3)如图3,若四边形ABCD是等腰梯形,∠ABC=α,且AC⊥BD.结合上面的活动经验,探究线段OE与OF的数量关系为 (直接写出答案).
31.如图,矩形ABCD中,AB=3,AD=4,E为AB上一点,AE=1,M为射线AD上一动点,AM=a(a为大于0的常数),直线EM与直线CD交于点F,过点M作MG⊥EM,交直线BC于点G.
(1)若M为边AD中点,求证△EFG是等腰三角形;
(2)若点G与点C重合,求线段MG的长;
(3)请用含a的代数式表示△EFG的面积S,并指出S的最小整数值.
32.已知,在△ABC中,∠BAC=90°,∠ABC=45°,点D为直线BC上一动点(点D不与点B,C重合).以AD为边作正方形ADEF,连接CF
(1)如图1,当点D在线段BC上时.求证:CF+CD=BC;
(2)如图2,当点D在线段BC的延长线上时,其他条件不变,请直接写出CF,BC,CD三条线段之间的关系;
(3)如图3,当点D在线段BC的反向延长线上时,且点A,F分别在直线BC的两侧,其他条件不变;
①请直接写出CF,BC,CD三条线段之间的关系;
②若正方形ADEF的边长为2,对角线AE,DF相交于点O,连接OC.求OC的长度.
33.已知:如图,在矩形ABCD中,AB=6cm,BC=8cm,对角线AC,BD交于点O.点P从点A出发,沿AD方向匀速运动,速度为1cm/s;同时,点Q从点D出发,沿DC方向匀速运动,速度为1cm/s;当一个点停止运动时,另一个点也停止运动.连接PO并延长,交BC于点E,过点Q作QF∥AC,交BD于点F.设运动时间为t(s)(0<t<6),解答下列问题:
(1)当t为何值时,△AOP是等腰三角形?
(2)设五边形OECQF的面积为S(cm2),试确定S与t的函数关系式;
(3)在运动过程中,是否存在某一时刻t,使S五边形S五边形OECQF:S△ACD=9:16?若存在,求出t的值;若不存在,请说明理由;
(4)在运动过程中,是否存在某一时刻t,使OD平分∠COP?若存在,求出t的值;若不存在,请说明理由.
34.如图1,在正方形ABCD内作∠EAF=45°,AE交BC于点E,AF交CD于点F,连接EF,过点A作AH⊥EF,垂足为H.
(1)如图2,将△ADF绕点A顺时针旋转90°得到△ABG.
①求证:△AGE≌△AFE;
②若BE=2,DF=3,求AH的长.
(2)如图3,连接BD交AE于点M,交AF于点N.请探究并猜想:线段BM,MN,ND之间有什么数量关系?并说明理由.
35.给出定义,若一个四边形中存在相邻两边的平方和等于一条对角线的平方,则称该四边形为勾股四边形.
(1)在你学过的特殊四边形中,写出两种勾股四边形的名称;
(2)如图,将△ABC绕顶点B按顺时针方向旋转60°得到△DBE,连接AD,DC,CE,已知∠DCB=30°.
①求证:△BCE是等边三角形;
②求证:DC2+BC2=AC2,即四边形ABCD是勾股四边形.
36.如图1,直角梯形ABCD中,AD∥BC,∠ADC=90°,AD=8,BC=6,点M从点D出发,以每秒2个单位长度的速度向点A运动,同时,点N从点B出发,以每秒1个单位长度的速度向点C运动.其中一个动点到达终点时,另一个动点也随之停止运动.过点N作NP⊥AD于点P,连接AC交NP于点Q,连接MQ.设运动时间为t秒.
(1)AM= ,AP= .(用含t的代数式表示)
(2)当四边形ANCP为平行四边形时,求t的值
(3)如图2,将△AQM沿AD翻折,得△AKM,是否存在某时刻t,
①使四边形AQMK为为菱形,若存在,求出t的值;若不存在,请说明理由
②使四边形AQMK为正方形,则AC= .
37.已知,如图1,BD是边长为1的正方形ABCD的对角线,BE平分∠DBC交DC于点E,延长BC到点F,使CF=CE,连接DF,交BE的延长线于点G.
(1)求证:△BCE≌△DCF;
(2)求CF的长;
(3)如图2,在AB上取一点H,且BH=CF,若以BC为x轴,AB为y轴建立直角坐标系,问在直线BD上是否存在点P,使得以B、H、P为顶点的三角形为等腰三角形?若存在,直接写出所有符合条件的P点坐标;若不存在,说明理由.
38.如图,在△ABC中,AB=AC,AD⊥BC于点D,BC=10cm,AD=8cm,E点F点分别为AB,AC的中点.
(1)求证:四边形AEDF是菱形;
(2)求菱形AEDF的面积;
(3)若H从F点出发,在线段FE上以每秒2cm的速度向E点运动,点P从B点出发,在线段BC上以每秒3cm的速度向C点运动,问当t为何值时,四边形BPHE是平行四边形?当t取何值时,四边形PCFH是平行四边形?
39.如图,四边形OABC是边长为4的正方形,点P为OA边上任意一点(与点O、A不重合),连接CP,过点P作PM⊥CP交AB于点D,且PM=CP,过点M作MN∥OA,交BO于点N,连接ND、BM,设OP=t.
(1)求点M的坐标(用含t的代数式表示).
(2)试判断线段MN的长度是否随点P的位置的变化而改变?并说明理由.
(3)当t为何值时,四边形BNDM的面积最小.
40.如图(1),E是正方形ABCD的边BC上的一个点(E与B、C两点不重合),过点E作射线EP⊥AE,在射线EP上截取线段EF,使得EF=AE;过点F作FG⊥BC交BC的延长线于点G.
(1)求证:FG=BE;
(2)连接CF,如图(2),求证:CF平分∠DCG;
(3)当=时,求sin∠CFE的值.
41.如图,已知在矩形ABCD中,AD=10,CD=5,点E从点D出发,沿线段DA以每秒1个单位长的速度向点A方向移动,同时点F从点C出发,沿射线CD方向以每秒2个单位长的速度移动,当B、E、F三点共线时,两点同时停止运动,此时BF⊥CE.设点E移动的时间为t(秒).
(1)求当t为何值时,两点同时停止运动;
(2)求当t为何值时,EC是∠BED的平分线;
(3)设四边形BCFE的面积为S,求S与t之间的函数关系式,并写出t的取值范围;
(4)求当t为何值时,△EFC是等腰三角形.(直接写出答案)
42.如图1,将矩形ABCD绕点A顺时针旋转至矩形B点正好落在CD上的点E处,连结BE.
(1)求证:∠BAE=2∠CBE;
(2)如图2,连BG交AE于M,点N为BE的中点,连MN、AF,试探究AF与MN的数量关系,并证明你的结论;
(3)若AB=5,BC=3,直接写出BG的长 .
43.将一矩形纸片OABC放在直角坐标系中,O为原点,C在x轴上,OA=6,OC=10.
(1)如图(1),在OA上取一点E,将△EOC沿EC折叠,使O点落在AB边上的D点,求E点的坐标;
(2)如图(2),在OA、OC边上选取适当的点E′、F,将△E′OF沿E′F折叠,使O点落在AB边上D′点,过D′作D′G∥AO交E′F于T点,交OC于G点,求证:TG=AE′;
(3)在(2)的条件下,设T(x,y).①探求:y与x之间的函数关系式.②指出变量x的取值范围.
44.如图,在梯形ABCD中,AD∥BC,∠B=90°,AD=16cm,AB=12cm,BC=21cm,动点P从点B出发,沿射线BC的方向以每秒2cm的速度运动,动点Q从点A出发,在线段AD上以每秒1cm的速度向点D运动,点P,Q分别从点B,A同时出发,当点Q运动到点D时,点P随之停止运动,设运动的时间为t(秒).
(1)当t为何值时,四边形PQDC是平行四边形.
(2)当t为何值时,以C,D,Q,P为顶点的梯形面积等于60cm2?
(3)是否存在点P,使△PQD是等腰三角形(不考虑QD=PD)?若存在,请求出所有满足要求的t的值,若不存在,请说明理由.
45.如图,在平面直角坐标系中,四边形OABC是矩形,其中点A在x轴的正半轴上,点B的坐标为(4,2),点D为对角线OB上一个动点(不包括端点),∠BCD的平分线交OB于点E.
(1)求线段OB所在直线的函数表达式,并写出CD的取值范围.
(2)当∠BCD的平分线经过点A时,求点D的坐标.
(3)点P是线段BC上的一个动点,求CD十DP的最小值.
46.如图,在四边形ABCD中,∠A=90°,AD∥BC,E为AB的中点,连接CE,BD,过点E作FE⊥CE于点E,交AD于点F,连接CF,已知2AD=AB=BC.
(1)求证:CE=BD;
(2)若AB=4,求AF的长度;
(3)求sin∠EFC的值.
47.如图①,在长方形ABCD中,AB=DC=3cm,BC=5cm,点P从点B出发,以1cm/s的速度沿BC向点C运动,设点P的运动时间为ts.
(1)PC= cm.(用含t的代数式表示);
(2)当t为何值时,△ABP≌△DCP,请说明理由;
(3)如图②,当点P从点B开始运动时,点Q从点C出发,以acm/s的速度沿CD向点D运动,是否存在这样a的值,使得△ABP与△PCQ全等?若存在,请求出a的值,若不存在,请说明理由.
48.如图,在平面直角坐标系中,四边形ABCD是平行四边形,AD=6,若OA、OB的长是关于x的一元二次方程x2﹣7x+12=0的两个根,且OA>OB.
(1)求OA、OB的长.
(2)若点E为x轴上的点,且S△AOE=,试判断△AOE与△AOD是否相似?并说明理由.
(3)在直线AB上是否存在点F,使以A、C、F为顶点的三角形是等腰三角形?如果存在,请直接写出点F的坐标.
49.如图,已知四边形ABCD中,AB∥DC,AB=DC,且AB=6cm,BC=8cm,对角线AC=l0cm.
(1)求证:四边形ABCD是矩形;
(2)如图(2),若动点Q从点C出发,在CA边上以每秒5cm的速度向点A匀速运动,同时动点P从点B出发,在BC边上以每秒4cm的速度向点C匀速运动,运动时间为t秒(0≤t<2),连接BQ、AP,若AP⊥BQ,求t的值;
(3)如图(3),若点Q在对角线AC上,CQ=4cm,动点P从B点出发,以每秒1cm的速度沿BC运动至点C止.设点P运动了t 秒,请你探索:从运动开始,经过多少时间,以点Q、P、C为顶点的三角形是等腰三角形?请求出所有可能的结果.
50.如图,点E为正方形ABCD的边BC所在直线上的一点,连接AE,过点C作CF⊥AE于F,连接BF.
(1)如图1,当点E在CB的延长线上,且AC=EC时,求证:BF=;
(2)如图2,当点E在线段BC上,且AE平分∠BAC时,求证:AB+BE=AC;
(3)如图3,当点E继续往右运动到BC中点时,过点D作DH⊥AE于H,连接BH.求证:∠BHF=45°.
四边形综合题集
参考答案与试题解析
一.选择题(共9小题)
1.如图,在菱形ABCD中,AB=BD,点E、F分别是AB、AD上任意的点(不与端点重合),且AE=DF,连接BF与DE相交于点G,连接CG与BD相交于点H.给出如下几个结论:
①△AED≌△DFB;②S四边形BCDG=CG2;③若AF=2DF,则BG=6GF;④CG与BD一定不垂直;⑤∠BGE的大小为定值.
其中正确的结论个数为( )
A.4 B.3 C.2 D.1
【分析】①先证明△ABD为等边三角形,根据“SAS”证明△AED≌△DFB;
②证明∠BGE=60°=∠BCD,从而得点B、C、D、G四点共圆,因此∠BGC=∠DGC=60°,过点C作CM⊥GB于M,CN⊥GD于N.证明△CBM≌△CDN,所以S四边形BCDG=S四边形CMGN,易求后者的面积;
③过点F作FP∥AE于P点,根据题意有FP:AE=DF:DA=1:3,则FP:BE=1:6=FG:BG,即BG=6GF;
④因为点E、F分别是AB、AD上任意的点(不与端点重合),且AE=DF,当点E,F分别是AB,AD中点时,CG⊥BD;
⑤∠BGE=∠BDG+∠DBF=∠BDG+∠GDF=60°.
【解答】解:①∵ABCD为菱形,∴AB=AD,
∵AB=BD,∴△ABD为等边三角形,
∴∠A=∠BDF=60°,
又∵AE=DF,AD=BD,
∴△AED≌△DFB,故本选项正确;
②∵∠BGE=∠BDG+∠DBF=∠BDG+∠GDF=60°=∠BCD,
即∠BGD+∠BCD=180°,
∴点B、C、D、G四点共圆,
∴∠BGC=∠BDC=60°,∠DGC=∠DBC=60°,
∴∠BGC=∠DGC=60°,
过点C作CM⊥GB于M,CN⊥GD于N(如图1),
则△CBM≌△CDN(AAS),
∴S四边形BCDG=S四边形CMGN,
S四边形CMGN=2S△CMG,
∵∠CGM=60°,
∴GM=CG,CM=CG,
∴S四边形CMGN=2S△CMG=2××CG×CG=CG2,故本选项错误;
③过点F作FP∥AE交DE于P点(如图2),
∵AF=2FD,
∴FP:AE=DF:DA=1:3,
∵AE=DF,AB=AD,
∴BE=2AE,
∴FP:BE=FP:2AE=1:6,
∵FP∥AE,
∴PF∥BE,
∴FG:BG=FP:BE=1:6,
即BG=6GF,故本选项正确;
④当点E,F分别是AB,AD中点时(如图3),
由(1)知,△ABD,△BDC为等边三角形,
∵点E,F分别是AB,AD中点,
∴∠BDE=∠DBG=30°,
∴DG=BG,
在△GDC与△BGC中,
,
∴△GDC≌△BGC,
∴∠DCG=∠BCG,
∴CH⊥BD,即CG⊥BD,故本选项错误;
⑤∵∠BGE=∠BDG+∠DBF=∠BDG+∠GDF=60°,为定值,
故本选项正确;
综上所述,正确的结论有①③⑤,共3个,
故选:B.
【点评】
此题综合考查了菱形的性质,等边三角形的判定与性质,全等三角形的判定和性质,作出辅助线构造出全等三角形,把不规则图形的面转化为两个全等三角形的面积是解题的关键.
2.如图,正方形ABCD中,点E,F分别在BC,CD上,△AEF是等边三角形,连接AC交EF于点G,下列结论:①CE=CF,②∠AEB=75°,③AG=2GC,④BE+DF=EF,⑤S△CEF=2S△ABE,其中结论正确的个数为( )
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
【分析】通过条件可以得出△ABE≌△ADF,从而得出∠BAE=∠DAF,BE=DF,得到CE=CF;由正方形的性质就可以得出∠AEB=75°;设EC=x,由勾股定理得到EF,表示出BE,利用三角形的面积公式分别表示出S△CEF和2S△ABE,再通过比较大小就可以得出结论.
【解答】解:∵四边形ABCD是正方形,
∴AB=BC=CD=AD,∠B=∠BCD=∠D=∠BAD=90°.
∵△AEF等边三角形,
∴AE=EF=AF,∠EAF=60°.
∴∠BAE+∠DAF=30°.
在Rt△ABE和Rt△ADF中,
,
Rt△ABE≌Rt△ADF(HL),
∴BE=DF,
∴CE=CF,故①正确;
∵∠BAE=∠DAF,
∴∠DAF+∠DAF=30°,
即∠DAF=15°,
∴∠AEB=75°,故②正确;
设EC=x,由勾股定理,得
EF=x,CG=x,
AG=AEsin60°=EFsin60°=2×CGsin60°=x,
∴AG≠2GC,③错误;
∵CG=x,AG=x,
∴AC=x
∴AB=AC•=x,
∴BE=x﹣x=x,
∴BE+DF=(﹣1)x,
∴BE+DF≠EF,故④错误;
∵S△CEF=x2,
S△ABE=×BE×AB=x×x=x2,
∴2S△ABE═S△CEF,故⑤正确.
综上所述,正确的有3个,
故选:B.
【点评】本题考查了正方形的性质的运用,全等三角形的判定及性质的运用,勾股定理的运用,等边三角形的性质的运用,三角形的面积公式的运用,解答本题时运用勾股定理的性质解题时关键.
3.如图,边长为2的正方形ABCD中,AE平分∠DAC,AE交CD于点F,CE⊥AE,垂足为点E,EG⊥CD,垂足为点G,点H在边BC上,BH=DF,连接AH、FH,FH与AC交于点M,以下结论:
①FH=2BH;②AC⊥FH;③S△ACF=1;④CE=AF;⑤EG2=FG•DG,
其中正确结论的个数为( )
A.2 B.3 C.4 D.5
【分析】①②、证明△ABH≌△ADF,得AF=AH,再得AC平分∠FAH,则AM既是中线,又是高线,得AC⊥FH,证明BH=HM=MF=FD,则FH=2BH;所以①②都正确;
③可以直接求出FC的长,计算S△ACF≠1,错误;
④根据正方形边长为2,分别计算CE和AF的长得结论正确;还可以利用图2证明△ADF≌△CDN得:CN=AF,由CE=CN=AF;
⑤利用相似先得出EG2=FG•CG,再根据同角的三角函数列式计算CG的长为1,则DG=CG,所以⑤也正确.
【解答】解:①②如图1,∵四边形ABCD是正方形,
∴AB=AD,∠B=∠D=90°,∠BAD=90°,
∵AE平分∠DAC,
∴∠FAD=∠CAF=22.5°,
∵BH=DF,
∴△ABH≌△ADF,
∴AH=AF,∠BAH=∠FAD=22.5°,
∴∠HAC=∠FAC,
∴HM=FM,AC⊥FH,
∵AE平分∠DAC,
∴DF=FM,
∴FH=2DF=2BH,
故选项①②正确;
③在Rt△FMC中,∠FCM=45°,
∴△FMC是等腰直角三角形,
∵正方形的边长为2,
∴AC=2,MC=DF=2﹣2,
∴FC=2﹣DF=2﹣(2﹣2)=4﹣2,
S△AFC=CF•AD≠1,
所以选项③不正确;
④AF===2,
∵△ADF∽△CEF,
∴,
∴,
∴CE=,
∴CE=AF,
故选项④正确;
⑤延长CE和AD交于N,如图2,
∵AE⊥CE,AE平分∠CAD,
∴CE=EN,
∵EG∥DN,
∴CG=DG,
在Rt△FEC中,EG⊥FC,
∴EG2=FG•CG,
∴EG2=FG•DG,
故选项⑤正确;
本题正确的结论有4个,
故选:C.
【点评】本题是四边形的综合题,综合考查了正方形、相似三角形、全等三角形的性质和判定;求边时可以利用三角形相似列比例式,也可以直接利用同角三角函数列式计算;同时运用了勾股定理求线段的长,勾股定理在正方形中运用得比较多.
4.如图,在正方形ABCD中,E、F分别为BC、CD的中点,连接AE,BF交于点G,将△BCF沿BF对折,得到△BPF,延长FP交BA延长线于点Q,下列结论正确的个数是( )
①AE=BF;②AE⊥BF;③sin∠BQP=;④S四边形ECFG=2S△BGE.
A.4 B.3 C.2 D.1
【分析】首先证明△ABE≌△BCF,再利用角的关系求得∠BGE=90°,即可得到①AE=BF;②AE⊥BF;△BCF沿BF对折,得到△BPF,利用角的关系求出QF=QB,解出BP,QB,根据正弦的定义即可求解;根据AA可证△BGE与△
BCF相似,进一步得到相似比,再根据相似三角形的性质即可求解.
【解答】解:∵E,F分别是正方形ABCD边BC,CD的中点,
∴CF=BE,
在△ABE和△BCF中,
,
∴Rt△ABE≌Rt△BCF(SAS),
∴∠BAE=∠CBF,AE=BF,故①正确;
又∵∠BAE+∠BEA=90°,
∴∠CBF+∠BEA=90°,
∴∠BGE=90°,
∴AE⊥BF,故②正确;
根据题意得,FP=FC,∠PFB=∠BFC,∠FPB=90°
∵CD∥AB,
∴∠CFB=∠ABF,
∴∠ABF=∠PFB,
∴QF=QB,
令PF=k(k>0),则PB=2k
在Rt△BPQ中,设QB=x,
∴x2=(x﹣k)2+4k2,
∴x=,
∴sin=∠BQP==,故③正确;
∵∠BGE=∠BCF,∠GBE=∠CBF,
∴△BGE∽△BCF,
∵BE=BC,BF=BC,
∴BE:BF=1:,
∴△BGE的面积:△BCF的面积=1:5,
∴S四边形ECFG=4S△BGE,故④错误.
故选:B.
【点评】本题主要考查了四边形的综合题,涉及正方形的性质、全等三角形的判定和性质、相似三角形的判定和性质以及折叠的性质的知识点,解决的关键是明确三角形翻转后边的大小不变,找准对应边,角的关系求解.
5.如图,在矩形ABCD中,BC=AB,∠ADC的平分线交边BC于点E,AH⊥DE于点H,连接CH并延长交边AB于点F,连接AE交CF于点O,给出下列命题:
(1)∠AEB=∠AEH (2)DH=2EH
(3)OH=AE (4)BC﹣BF=EH
其中正确命题的序号( )
A.(1)(2)(3) B.(2)(3)(4) C.(2)(4) D.(1)(3)
【分析】(1)根据矩形的性质得到AD=BC=AB=CD,由DE平分∠ADC,得到△ADH是等腰直角三角形,△DEC是等腰直角三角形,得到DE=CD,得到等腰三角形求出∠AED=67.5°,∠AEB=67.5°,得到(1)正确;
(2)设DH=1,则AH=DH=1,AD=DE=,求出HE=﹣1,得到2HE≠1,所以(2)不正确;
(3)通过角的度数求出△AOH和△OEH是等腰三角形,从而得到(3)正确;
(4)由△AFH≌△CHE,到AF=EH,由△ABE≌△AHE,得到BE=EH,于是得到BC﹣BF=(BE+CE)﹣(AB﹣AF)=(CD+EH)﹣(CD﹣EH)=2EH,从而得到(4)不正确.
【解答】解:(1)在矩形ABCD中,AD=BC=AB=CD,∠ADC=∠BCD=90°,
∵DE平分∠ADC,
∴∠ADE=∠CDE=45°,
∵AH⊥DE,
∴△ADH是等腰直角三角形,
∴AD=AH,
∴AH=AB=CD,
∵△DEC是等腰直角三角形,
∴DE=CD,
∴AD=DE,
∴∠AED=67.5°,
∴∠AEB=180°﹣45°﹣67.5°=67.5°,
∴∠AEH=∠AEB,
所以(1)结论正确;
(2)设DH=1,
则AH=DH=1,AD=DE=,
∴HE=DE﹣DH=﹣1,
∴2HE=2(﹣1)=4﹣2≠1,
所以(2)结论不正确;
(3)∵∠AEH=67.5°,
∴∠EAH=22.5°,
∵DH=CD,∠EDC=45°,
∴∠DHC=67.5°,
∴∠OHA=180°﹣90°﹣67.5°=22.5°,
∴∠OAH=∠OHA=22.5°,
∴OA=OH,
∴∠AEH=∠OHE=67.5°,
∴OH=OE=OA,
∴OH=AE,
所以(3)正确;
(4)∵AH=DH,CD=CE,
在△AFH与△CHE中,
,
∴△AFH≌△CHE,
∴AF=EH,
在Rt△ABE与Rt△AHE中,
,
∴△ABE≌△AHE,
∴BE=EH,
∴BC﹣BF=(BE+CE)﹣(AB﹣AF)=(CD+EH)﹣(CD﹣EH)=2EH,
所以(2)不正确,
故选:D.
【点评】本题考查了矩形的性质,全等三角形的判定与性质,角平分线的定义,等腰三角形的判定与性质,熟记各性质并仔细分析题目条件,根据相等的度数求出相等的角,从而得到三角形全等的条件或判断出等腰三角形是解题的关键,也是本题的难点.
6.如图,在边长为1的正方形ABCD中,动点F,E分别以相同的速度从D,C两点同时出发向C和B运动(任何一个点到达即停止),过点P作PM∥CD交BC于M点,PN∥BC交CD于N点,连接MN,在运动过程中,则下列结论:
①△ABE≌△BCF;②AE=BF;③AE⊥BF;④CF2=PE•BF;⑤线段MN的最小值为.
其中正确的结论有( )
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
【分析】由正方形的性质及条件可判断出①△ABE≌△BCF,即可判断出②AE=BF,∠BAE=∠CBF,再根据∠BAE+∠BEA=90°,可得∠CBF+∠BEA=90°,可得出∠APB=90°,即可判断③,由△BPE∽△BCF,利用相似三角形的性质,结合CF=BE可判断④;然后根据点P在运动中保持∠APB=90°,可得点P的路径是一段以AB为直径的弧,设AB的中点为G,连接CG交弧于点P,此时CP的长度最小,最后在Rt△BCG中,根据勾股定理,求出CG的长度,再求出PG的长度,即可求出线段CP的最小值,可判断⑤.
【解答】解:如图,
∵动点F,E的速度相同,
∴DF=CE,
又∵CD=BC,
∴CF=BE,
在△ABE和△BCF中,
∴△ABE≌△BCF(SAS),故①正确;
∴∠BAE=∠CBF,AE=BF,故②正确;
∵∠BAE+∠BEA=90°,
∴∠CBF+∠BEA=90°,
∴∠APB=90°,故③正确;
在△BPE和△BCF中,
∵∠BPE=∠BCF,∠PBE=∠CBF,
∴△BPE∽△BCF,
∴=,
∴CF•BE=PE•BF,
∵CF=BE,
∴CF2=PE•BF,故④正确;
∵点P在运动中保持∠APB=90°,
∴点P的路径是一段以AB为直径的弧,
设AB的中点为G,连接CG交弧于点P,此时CP的长度最小,
在Rt△BCG中,CG===,
∵PG=AB=,
∴CP=CG﹣PG=﹣=,
即线段CP的最小值为,故⑤正确;
综上可知正确的有5个,
故选:D.
【点评】本题为四边形的综合应用,涉及全等三角形、相似三角形的判定和性质、勾股定理、正方形的性质等知识点.在判定三角形全等时,关键是选择恰当的判定条件,证明△ABE≌△BCF是解题的关键.本题考查知识点较多,综合性较强,难度较大.
7.如图,正方形ABCD中,以AD为底边作等腰△ADE,将△ADE沿DE折叠,点A落到点F处,连接EF刚好经过点C,再连接AF,分别交DE于G,交CD于H.在下列结论中:
①△ABM≌△DCN;②∠DAF=30°;③△AEF是等腰直角三角形;④EC=CF;⑤S△HCF=S△ADH,
其中正确的结论有( )
A.2个 B.3个 C.4个 D.5个
【分析】首先证明∠HCF=∠FHC=67.5°,由此可以判定③正确,②错误,再证明AC∥DF,推出S△DFA=S△FDC,由此判断⑤正确,根据ASA可以判断①正确,在△EAF中,由∠CAE=∠CAF,∠AEC=90°,作CK⊥AF于K,推出CE=CK<CF,由此判断④错误.
【解答】解:如图,连接AC、以D为圆心DA为半径画圆.
∵四边形ABCD是正方形,
∴DA=DC=AB=BC,∠ADC=∠B=∠DCB=90°,∠ACD=∠DAC=45°
∵△DEF是由△DEA翻折得到,
∴DA=DF=DC,EA=EF,∠AED=∠DEF,
∴∠AFC=∠ADC=45°
∴∠EFA=∠EAF=45°,
∴∠AEF=90°,
∴∠DEF=∠DEA=45°,
∵EA=ED=EF,
∴∠DAE=∠ADE=∠EDF=∠EFD=67.5°,
∴∠DAF=∠DFA=22.5°,
∴∠ADF=180°﹣∠DAF﹣∠DFA=135°,
∴∠CDF=∠ADF﹣∠ADC=45°,
∴∠DCF=180°﹣∠CDF﹣∠DFC=67.5°,
∵∠CHF=∠CDF+∠DFA=67.5°,
∴∠HCF=∠FHC,
∴△CFH是等腰三角形,故③正确.②错误,
∵∠ACD=∠CDF,
∴AC∥DF,
∴S△DFA=S△FDC,
∴S△ADH=S△CHF,故⑤正确,
∵EA=ED,
∴∠EAD=∠EDA,
∴∠BAM=∠CDN,
在△ABM和△DCN中,
,
∴△ABM≌△DCN,故①正确,
在△EAF中,∵∠CAE=∠CAF,∠AEC=90°,作CK⊥AF于K,
∴CE=CK<CF,
∴CE≠CF故④错误.
∴①③⑤正确,
选B.
【点评】本题考查四边形综合题、圆的有关性质、全等三角形的判定和性质、平行线的性质等知识,解题的关键是添加辅助线,构造圆利用圆的有关性质解决问题,属于中考常考题型.
8.如图,在矩形ABCD中,E是AD边的中点,BE⊥AC于点F,连接DF,分析下列四个结论:
①△AEF∽△CAB; ②CF=2AF; ③DF=DC; ④S四边形CDEF=S△AEF,
其中正确的结论有( )个.
A.①② B.①②③ C.①②④ D.①②③④
【分析】①四边形ABCD是矩形,BE⊥AC,则∠ABC=∠AFB=90°,又∠BAF=∠CAB,于是△AEF∽△CAB,故①正确;
②由AE=AD=BC,又AD∥BC,所以 ==,故②正确;
③过D作DM∥BE交AC于N,得到四边形BMDE是平行四边形,求出BM=DE=BC,得到CN=NF,根据线段的垂直平分线的性质可得结论,故③正确;
④根据△AEF∽△CBF得到 ==,求出S△AEF=S△ABF,S△ABF=S矩形ABCDS四边形CDEF=S△ACD﹣S△AEF=S矩形ABCD﹣S矩形ABCD=S矩形ABCD,即可得到S四边形CDEF=5S△AEF=,故④错误.
【解答】解:过D作DM∥BE交AC于N,
∵四边形ABCD是矩形,
∴AD∥BC,∠ABC=90°,AD=BC,
∵BE⊥AC于点F,
∴∠EAC=∠ACB,∠ABC=∠AFE=90°,
∴△AEF∽△CAB,故①正确;
∵AD∥BC,
∴△AEF∽△CBF,
∴==,
∵AE=AD=BC,
∴=,
∴CF=2AF,故②正确,
∵DE∥BM,BE∥DM,
∴四边形BMDE是平行四边形,
∴BM=DE=BC,
∴BM=CM,
∴CN=NF,
∵BE⊥AC于点F,DM∥BE,
∴DN⊥CF,
∴DF=DC,故③正确;
∵△AEF∽△CBF,
∴==,
∴S△AEF=S△ABF,S△ABF=S矩形ABCD
∴S△AEF=S矩形ABCD,
又∵S四边形CDEF=S△ACD﹣S△AEF=S矩形ABCD﹣S矩形ABCD=S矩形ABCD,
∴S四边形CDEF=5S△AEF故④错误;
故选:B.
【点评】本题考查了相似三角形的判定和性质,矩形的性质,图形面积的计算,正确的作出辅助线是解题的关键.
9.如图,正方形ABCD的边CD与正方形CGFE的边CE重合,O是EG的中点,∠EGC的平分线GH过点D,交BE于H,连接OH、FH、EG与FH交于M,对于下面四个结论:
①GH⊥BE;②HOBG;③点H不在正方形CGFE的外接圆上;④△GBE∽△GMF.
其中正确的结论有( )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
【分析】(1)由四边形ABCD和四边形CGFE是正方形,得出△BCE≌△DCG,推出∠BEC+∠HDE=90°,从而得GH⊥BE;
(2)由GH是∠EGC的平分线,得出△BGH≌△EGH,再由O是EG的中点,利用中位线定理,得HOBG;
(3)△EHG是直角三角形,因为O为EG的中点,所以OH=OG=OE,得出点H在正方形CGFE的外接圆上;
(4)连接CF,由点H在正方形CGFE的外接圆上,得到∠HFC=∠CGH,由∠HFC+∠FMG=90°,∠CGH+∠GBE=90°,得出∠FMG=∠GBE,所以△GBE∽△GMF.
【解答】解:(1)如图,∵四边形ABCD和四边形CGFE是正方形,
∴BC=CD,CE=CG,∠BCE=∠DCG,
在△BCE和△DCG中,
∴△BCE≌△DCG(SAS),
∴∠BEC=∠BGH,
∵∠BGH+∠CDG=90°,∠CDG=∠HDE,
∴∠BEC+∠HDE=90°,
∴GH⊥BE.
故①正确;
(2)∵GH是∠EGC的平分线,
∴∠BGH=∠EGH,
在△BGH和△EGH中
∴△BGH≌△EGH(ASA),
∴BH=EH,
又∵O是EG的中点,
∴HO是△EBG的中位线,
∴HOBG,
故②正确;
(3)由(1)得△EHG是直角三角形,
∵O为EG的中点,
∴OH=OG=OE,
∴点H在正方形CGFE的外接圆上,
故③错误;
(4)如图2,连接CF,
由(3)可得点H在正方形CGFE的外接圆上,
∴∠HFC=∠CGH,
∵∠HFC+∠FMG=90°,∠CGH+∠GBE=90°,
∴∠FMG=∠GBE,
又∵∠EGB=∠FGM=45°,
∴△GBE∽△GMF.
故④正确,
故选:C.
【点评】本题主要考查了四边形的综合题,解题的关键是能灵活利用三角形全等的判定和性质来解题.
二.填空题(共7小题)
10.如图,在正方形ABCD外取一点E,连接AE、BE、DE.过点A作AE的垂线交DE于点P.若AE=AP=1,PB=.下列结论:①△APD≌△AEB;②EB⊥ED;③点B到直线AE的距离为;④S△APD+S△APB=1+;⑤S正方形ABCD=4+.其中正确结论的序号是 ①②⑤ .
【分析】①首先利用已知条件根据边角边可以证明△APD≌△AEB;
②由①可得∠BEP=90°,故BE不垂直于AE过点B作BM⊥AE延长线于M,由①得∠AEB=135°所以∠EMB=45°,可以得出∠PEB=90°就可以得出②正确,
③所以△EMB是等腰Rt△,故B到直线AE距离为BF=,故③是错误的;
④由△APD≌△AEB,可知S△APD+S△APB=S△AEB+S△APB,然后利用已知条件计算即可判定;
⑤连接BD,根据三角形的面积公式得到S△BPD=PD×BE=,所以S△ABD=S△APD+S△APB+S△BPD=2+,由此即可判定.
【解答】解:∵四边形ABCD是正方形,
∴AB=BC=CD=AD,∠BAD=90°.
∵AP⊥AE,
∴∠EAP=90°,
∴∠BAD=∠EAP,
∴∠BAD﹣∠BAP=∠EAP﹣∠BAP,
即∠DAP=∠BAE.
∵在△APD和△AEB中,
,
∴△APD≌△AEB(SAS),故①正确;
∴∠AEB=∠APD,
∵∠AEP=∠APE=45°,
∴∠APD=∠AEB=135°,
∴∠BEP=90°,
∴EB⊥ED,故②正确.
过B作BF⊥AE,交AE的延长线于F,则BF的长是点B到直线AE的距离,
在Rt△AEP中,由勾股定理得PE=,
在Rt△BEP中,PB=,PE=,由勾股定理得:BE=,
∵∠PAE=∠PEB=∠EFB=90°,AE=AP,
∴∠AEP=45°,
∴∠BEF=180°﹣45°﹣90°=45°,
∴∠EBF=45°,
∴EF=BF,
在Rt△EFB中,由勾股定理得:EF=BF=,故③是错误的;
∵△APD≌△AEB,
∴PD=BE=,
∴S△APD+S△APB=S△AEB+S△APB=S△AEP+S△BEP=+,因此④是错误的;
连接BD,则S△BPD=PD×BE=,
所以S△ABD=S△APD+S△APB+S△BPD=2+,
所以S正方形ABCD=2S△ABD=4+.故⑤正确;
综上可知,正确的有①②⑤.
故答案为:①②⑤.
【点评】本题考查了正方形的性质、全等三角形的性质与判定、三角形的面积及勾股定理的运用,综合性比较强,解题时要求熟练掌握相关的基础知识才能很好解决问题.
11.如图,已知正方形ABCD的边长为2,E是边BC上的动点,BF⊥AE交CD于点F,垂足为G,连结CG.下列说法:①AG>GE;②AE=BF;③点G运动的路径长为π;④CG的最小值为﹣1.其中正确的说法是 ②④ .(把你认为正确的说法的序号都填上)
【分析】根据正方形对角线的性质可得出当E移动到与C重合时,F点和D点重合,此时G点为AC中点,故①错误;求得∠BAE=∠CBF,根据正方形的性质可得AB=BC,∠ABC=∠C=90°,然后利用“角角边”证明△ABE和△BCF全等,根据全等三角形对应角相等可得AE=BF,判断出②正确;根据题意,G点的轨迹是以AB中点O为圆心,AO为半径的圆弧,然后求出弧的长度,判断出③错误;由于OC和OG的长度是一定的,因此当O、G、C在同一条直线上时,CG取最小值,根据勾股定理求出最小CG长度.
【解答】解:∵在正方形ABCD中,BF⊥AE,
∴∠AGB保持90°不变,
∴G点的轨迹是以AB中点O为圆心,AO为半径的圆弧,
∴当E移动到与C重合时,F点和D点重合,此时G点为AC中点,
∴AG=GE,故①错误;
∵BF⊥AE,
∴∠AEB+∠CBF=90°,
∵∠AEB+∠BAE=90°,
∴∠BAE=∠CBF,
在△ABE和△BCF中,
,
∴△ABE≌△BCF(AAS),
∴故②正确;
∵当E点运动到C点时停止,
∴点G运动的轨迹为圆,
圆弧的长=×2=,故③错误;
由于OC和OG的长度是一定的,因此当O、G、C在同一条直线上时,CG取最小值,
OC==,
CG的最小值为OC﹣OG=﹣1,故④正确;
综上所述,正确的结论有②④.
故答案为②④.
【点评】本题考查了正方形的性质,全等三角形的判定与性质,弧长的计算,勾股定理的应用,熟记性质并求出△ABE和△
BCF全等是解题的关键,用阿拉伯数字加弧线表示角更形象直观.
12.如图,在菱形ABCD中,AB=6,∠DAB=60°,AE分别交BC、BD于点E、F,CE=2,连接CF,以下结论:①△ABF≌△CBF;②点E到AB的距离是2;③tan∠DCF=;④△ABF的面积为.其中一定成立的是 ①②③ (把所有正确结论的序号都填在横线上).
【分析】利用SAS证明△ABF与△CBF全等,得出①正确,根据含30°角的直角三角形的性质得出点E到AB的距离是2,得出②正确,同时得出;△ABF的面积为得出④错误,得出tan∠DCF=,得出③正确.
【解答】解:∵菱形ABCD,
∴AB=BC=6,
∵∠DAB=60°,
∴AB=AD=DB,∠ABD=∠DBC=60°,
在△ABF与△CBF中,
,
∴△ABF≌△CBF(SAS),
∴①正确;
过点E作EG⊥AB,过点F作MH⊥CD,MH⊥AB,如图:
∵CE=2,BC=6,∠ABC=120°,
∴BE=6﹣2=4,
∵EG⊥AB,
∴EG=,
∴点E到AB的距离是2,
故②正确;
∵BE=4,EC=2,
∴S△BFE:S△FEC=4:2=2:1,
∴S△ABF:S△FBE=3:2,
∴△ABF的面积为=,
故④错误;
∵,
∴=,
∵,
∴FM=,
∴DM=,
∴CM=DC﹣DM=6﹣,
∴tan∠DCF=,
故③正确;
故答案为:①②③
【点评】此题考查了四边形综合题,关键是根据菱形的性质、等边三角形的判定与性质以及全等三角形的判定与性质分析.此题难度较大,注意掌握辅助线的作法,注意数形结合思想的应用.
13.如图,在矩形ABCD中,AB=2,AD=,在边CD上有一点E,使EB平分∠
AEC.若P为BC边上一点,且BP=2CP,连接EP并延长交AB的延长线于F.给出以下五个结论:
①点B平分线段AF;②PF=DE;③∠BEF=∠FEC;④S矩形ABCD=4S△BPF;⑤△AEB是正三角形.
其中正确结论的序号是 ①②③⑤ .
【分析】由角平分线的定义和矩形的性质可证明∠AEB=∠ABE,可求得AE=AB=2,在Rt△ADE中可求得DE=1,则EC=1,又可证明△PEC∽△PBF,可求得BF=2,可判定①;在Rt△PBF中可求得PF,可判定②;在Rt△BCE中可求得BE=2,可得∠BEF=∠F,可判定③;容易计算出S矩形ABCD和S△BPF;可判定④;由AE=AB=BE可判定⑤;可得出答案.
【解答】解:∵四边形ABCD为矩形,
∴AB∥CD,
∴∠CEB=∠ABE,
又∵BE平分∠AEC,
∴∠AEB=∠CEB,
∴∠AEB=∠ABE,
∴AE=AB=2,
在Rt△ADE中,AD=,AE=2,由勾股定理可求得DE=1,
∴CE=CD﹣DE=2﹣1=1,
∵DC∥AB,
∴△PCE∽△PBF,
∴=,即==,
∴BF=2,
∴AB=BF,
∴点B平分线段AF,
故①正确;
∵BC=AD=,
∴BP=,
在Rt△BPF中,BF=2,由勾股定理可求得PF===,
∵DE=1,
∴PF=DE,
故②正确;
在Rt△BCE中,EC=1,BC=,由勾股定理可求得BE=2,
∴BE=BF,
∴∠BEF=∠F,
又∵AB∥CD,
∴∠FEC=∠F,
∴∠BEF=∠FEC,
故③正确;
∵AB=2,AD=,
∴S矩形ABCD=AB•AD=2×=2,
∵BF=2,BP=,
∴S△BPF=BF•BP=×2×=,
∴4S△BPF=,
∴S矩形ABCD=≠4S△BPF,
故④不正确;
由上可知AB=AE=BE=2,
∴△AEB为正三角形,
故⑤正确;
综上可知正确的结论为:①②③⑤.
故答案为:①②③⑤.
【点评】本题主要考查矩形的性质和相似三角形的判定和性质、等腰三角形的判定和性质、勾股定理、等边三角形的判定等知识点的综合应用.根据条件求得AE=AB,求得DE的长是解题的关键,从而可求得BF、PF、BE等线段的长容易判断②③④⑤.本题知识点较多,综合性较强,难度较大.在解题时注意勾股定理的灵活运用.
14.如图,在矩形ABCD中,AD=AB,∠BAD的平分线交BC于点E,DH⊥AE于点H,连接BH并延长交CD于点F,连接DE交BF于点O,下列结论:
①∠AED=∠CED;②OE=OD;③BH=HF;④BC﹣CF=2HE;⑤AB=HF,
其中正确的有 ①②③④ .
【分析】①根据角平分线的定义可得∠BAE=∠DAE=45°,可得出△ABE是等腰直角三角形,根据等腰直角三角形的性质可得AE=AB,从而得到AE=AD,然后利用“角角边”证明△ABE和△AHD全等,根据全等三角形对应边相等可得BE=DH,再根据等腰三角形两底角相等求出∠ADE=∠AED=67.5°,根据平角等于180°求出∠CED=67.5°,从而判断出①正确;
②求出∠AHB=67.5°,∠DHO=∠ODH=22.5°,然后根据等角对等边可得OE=OD=OH,判断出②正确;
③求出∠EBH=∠OHD=22.5°,∠AEB=∠HDF=45°,然后利用“角边角”证明△BEH和△HDF全等,根据全等三角形对应边相等可得BH=HF,判断出③正确;
④根据全等三角形对应边相等可得DF=HE,然后根据HE=AE﹣AH=BC﹣CD,BC﹣CF=BC﹣(CD﹣DF)=2HE,判断出④正确;
⑤判断出△ABH不是等边三角形,从而得到AB≠BH,即AB≠HF,得到⑤错误.
【解答】解:∵在矩形ABCD中,AE平分∠BAD,
∴∠BAE=∠DAE=45°,
∴△ABE是等腰直角三角形,
∴AE=AB,
∵AD=AB,
∴AE=AD,
在△ABE和△AHD中,
,
∴△ABE≌△AHD(AAS),
∴BE=DH,
∴AB=BE=AH=HD,
∴∠ADE=∠AED=(180°﹣45°)=67.5°,
∴∠CED=180°﹣45°﹣67.5°=67.5°,
∴∠AED=∠CED,故①正确;
∵∠AHB=(180°﹣45°)=67.5°,∠OHE=∠AHB(对顶角相等),
∴∠OHE=∠AED,
∴OE=OH,
∵∠DOH=90°﹣67.5°=22.5°,∠ODH=67.5°﹣45°=22.5°,
∴∠DOH=∠ODH,
∴OH=OD,
∴OE=OD=OH,故②正确;
∵∠EBH=90°﹣67.5°=22.5°,
∴∠EBH=∠OHD,
又∵BE=DH,∠AEB=∠HDF=45°
在△BEH和△HDF中
∴△BEH≌△HDF(ASA),
∴BH=HF,HE=DF,故③正确;
由上述①、②、③可得CD=BE、DF=EH=CE,CF=CD﹣DF,
∴BC﹣CF=(CD+HE)﹣(CD﹣HE)=2HE,所以④正确;
∵AB=AH,∠BAE=45°,
∴△ABH不是等边三角形,
∴AB≠BH,
∴即AB≠HF,故⑤错误;
综上所述,结论正确的是①②③④.
故答案为:①②③④.
【点评】本题考查了矩形的性质,全等三角形的判定与性质,角平分线的定义,等腰三角形的判定与性质,熟记各性质并仔细分析题目条件,根据相等的度数求出相等的角,从而得到三角形全等的条件或判断出等腰三角形是解题的关键,也是本题的难点.
15.如图所示,在正方形ABCD的对角线上取点E,使得∠BAE=15°,连结AE,CE.延长CE到F,连结BF,使得BC=BF.若AB=1,则下列结论:①AE=CE;②F到BC的距离为;③BE+EC=EF;④;⑤.其中正确的是 ①③⑤ .
【分析】根据正方形的性质得出AB=BC,∠ABD=∠CBD=45,利用SAS证明△ABE≌△CBE,即可判断①正确;过F作FH⊥BC于H,先求出∠FBH=30°,再根据直角三角形的性质求出FH,即可判断②错误;在EF上取一点N,使BN=BE,由∠BEN=60°,得出△NBE为等边三角形,再利用ASA证明△FBN≌△CBE,得出NF=EC,从而判断③正确;过A作AM⊥BD交于M,根据勾股定理求出BD,解直角△
ADM与直角△AEM,求出AM、DM与EM的值,根据三角形的面积公式求出S△AED=DE×AM=+,即可判断④错误;根据S△EBF=S△FBC﹣S△EBC及S△CBE=S△ABE=S△ABM﹣S△AEM,求出S△EBF=,进而判断⑤正确.
【解答】解:①∵四边形ABCD是正方形,
∴AB=BC,∠ABD=∠CBD=45°,
∵BE=BE,
∴△ABE≌△CBE,
∴AE=CE,
∴①正确;
②过F作FH⊥BC于H.
∵△ABE≌△CBE,
∴∠BAE=∠BCE=15°.
∵BF=BC=1,
∴∠BFC=∠FCB=15°,
∴∠FBH=∠BFC+∠FCB=30°,
∴FH=BF=,
∴②错误;
③在EF上取一点N,使BN=BE,
又∵∠BEN=∠EBC+∠ECB=45°+15°=60°,
∴△NBE为等边三角形,
∴∠ENB=60°,
又∵∠NFB=15°,
∴∠NBF=45°,
又∵∠EBC=45°,
∴∠NBF=∠EBC,
又∵BF=BC,∠NFB=∠ECB=15°,
∴△FBN≌△CBE,
∴NF=EC,
故BE+EC=EN+NF=EF,
∴③正确;
④过A作AM⊥BD交于M.
在直角△ABM中,∵∠BAD=90°,AB=AD=1,
∴BD=,
在直角△ADM中,∵∠AMD=90°,∠ADM=45°,AD=1,
∴DM=AM=,
在直角△AEM中,∵∠AME=90°,∠AEM=60°,AM=,
∴EM==,
∴S△AED=DE×AM=(+)×=+,
∴④错误;
⑤∵BD=,AM=DM=,EM=,
∴BM=BD﹣DM=﹣=,BM﹣EM=﹣,
∴S△ABE=S△ABM﹣S△AEM=BM•AM﹣EM•AM=AM(BM﹣EM)=××(﹣)=﹣.
∵△ABE≌△CBE,
∴S△ABE=S△CBE=﹣,
∴S△EBF=S△FBC﹣S△EBC=×1×﹣(﹣)=,
∴⑤正确.
故答案为①③⑤.
【点评】
本题是四边形的综合题,主要考查了正方形的性质,全等三角形的性质和判定,三角形的面积,解直角三角形等知识,综合性较强,有一定难度.准确作出辅助线是解题的关键.
16.如图,Rt△ABC中,∠C=90°,BC=3cm,AB=5cm.点P从点A出发沿AC以1.5cm/s的速度向点C匀速运动,到达点C后立刻以原来的速度沿CA返回;点Q从点B出发沿BA以1cm/s的速度向点A匀速运动.伴随着P、Q的运动,DE保持垂直平分PQ,且交PQ于点D,交折线PC﹣CB﹣BQ于点E.点P、Q同时出发,当点Q到达点A时停止运动,点P也随之停止.设点P、Q运动的时间是t秒(t>0),则当t= 或 秒时,四边形BQDE为直角梯形.
【分析】由四边形QBED为直角梯形,分为∠PQB=90°和∠CPQ=90°两种情况,得出三角形相似,利用相似比求出相应t的值即可.
【解答】解:在Rt△ABC中,BC=3cm,AB=5cm,
根据勾股定理得:AC==4cm,
设P、Q运动t秒时,四边形QBED为直角梯形,
①当∠PQB=90°时,得DE∥QB,
则四边形QBED是直角梯形(如图1),
此时△APQ∽△ABC,
则=,即=,
解得:t=;
②当∠CPQ=90°时,得PQ∥BC,
则四边形QBED是直角梯形(如图2),
此时△APQ∽△ACB,
则=,即=,
解得:t=,
综上,当点P、Q运动或秒时,四边形QBED是直角梯形.
故答案为:或
【点评】此题考查了四边形综合题,涉及的知识有:相似三角形的判定与性质,直角梯形的性质,利用了分类讨论及数形结合的思想,解题的关键是由直角梯形的直角的可能情况,利用平行线得相似三角形,分类求解.
三.解答题(共34小题)
17.在正方形ABCD中,动点E,F分别从D,C两点同时出发,以相同的速度在直线DC,CB上移动.
(1)如图1,当点E在边DC上自D向C移动,同时点F在边CB上自C向B移动时,连接AE和DF交于点P,请你写出AE与DF的数量关系和位置关系,并说明理由;
(2)如图2,当E,F分别在边CD,BC的延长线上移动时,连接AE,DF,(1)中的结论还成立吗?(请你直接回答“是”或“否”,不需证明);连接AC,请你直接写出△ACE为等腰三角形时CE:CD的值;
(3)如图3,当E,F分别在直线DC,CB上移动时,连接AE和DF交于点P,由于点E,F的移动,使得点P也随之运动,请你画出点P运动路径的草图.若AD=2,试求出线段CP的最大值.
【分析】(1)根据正方形的性质得出AD=DC,∠ADE=∠DCF=90°,求出DE=CF,根据SAS推出△ADE≌△DCF,根据全等三角形的性质得出AE=DF,∠DAE=∠FDC即可;
(2)有两种情况:①当AC=CE时,设正方形ABCD的边长为a,由勾股定理求出AC=CE=a即可;②当AE=AC时,设正方形ABCD的边长为a,由勾股定理求出AC=AE=a,根据正方形的性质∠ADC=90°,根据等腰三角形的性质得出DE=CD=a即可;
(3)根据(1)(2)知:点P在运动中保持∠APD=90°,得出点P的路径是以AD为直径的圆,设AD的中点为Q,连接CQ并延长交圆弧于点P,此时CP的长度最大,求出QC即可.
【解答】解:(1)AE=DF,AE⊥DF,
理由是:∵四边形ABCD是正方形,
∴AD=DC,∠ADE=∠DCF=90°,
∵动点E,F分别从D,C两点同时出发,以相同的速度在直线DC,CB上移动,
∴DE=CF,
在△ADE和△DCF中
,
∴△ADE≌△DCF,
∴AE=DF,∠DAE=∠FDC,
∵∠ADE=90°,
∴∠ADP+○CDF=90°,
∴∠ADP+∠DAE=90°,
∴∠APD=180°﹣90°=90°,
∴AE⊥DF;
(2)
(1)中的结论还成立,CE:CD=或2,
理由是:有两种情况:
①如图1,当AC=CE时,
设正方形ABCD的边长为a,由勾股定理得:AC=CE==a,
则CE:CD=a:a=;
②如图2,当AE=AC时,
设正方形ABCD的边长为a,由勾股定理得:AC=AE==a,
∵四边形ABCD是正方形,
∴∠ADC=90°,即AD⊥CE,
∴DE=CD=a,
∴CE:CD=2a:a=2;
即CE:CD=或2;
(3)∵点P在运动中保持∠APD=90°,
∴点P的路径是以AD为直径的圆,
如图3,设AD的中点为Q,连接CQ并延长交圆弧于点P,此时CP的长度最大,
∵在Rt△QDC中,QC===,
∴CP=QC+QP=+1,
即线段CP的最大值是+1.
【点评】本题考查了正方形的性质,勾股定理,圆周角定理,全等三角形的性质和判定,等腰三角形的性质,三角形的内角和定理的应用,能综合运用性质进行推理是解此题的关键,用了分类讨论思想,难度偏大.
18.如图,在△ABC中,∠C=90°,AC=BC=6.点P在边AC上运动,过点P作PD⊥AB于点D,以AP、AD为邻边作▱PADE.设□PADE与△ABC重叠部分图形的面积为y,线段AP的长为x(0<x≤6).
(1)求线段PE的长(用含x的代数式表示).
(2)当点E落在边BC上时,求x的值.
(3)求y与x之间的函数关系式.
(4)直接写出点E到△ABC任意两边所在直线距离相等时x的值.
【分析】(1)先由∠C=90°,AC=BC,得出∠A=45°,再解等腰直角△
APD,得出AD=AP•cos∠A=x=PD,然后根据平行四边形对边相等得出PE=AD=x;
(2)当点E落在边BC上时,先由平行线的性质得出∠CPE=∠A=45°,再解等腰直角△CPE,得出PC=PE•cos∠CPE=x•=x,再根据AP+PC=AC列出方程x+x=6,解方程即可;
(3)分两种情况进行讨论:①当0<x≤4时,y=S▱PADE,根据平行四边形面积公式求解即可;②当4<x≤6时,设DE与BC交于G,PE与BC交于F.求出GE=DE﹣DG=x﹣(6﹣x)=x﹣6,再根据y=S▱PADE﹣S△GFE计算即可;
(4)由(2)知,x=4时,点E落在边BC上,此时点E到△ABC任意两边所在直线距离均不相等,所以分两种情况进行讨论:①当E在△ABC内部时,0<x<4.过E作EL⊥AC于L,EM⊥AB于M,延长DE交BC于N,则EN⊥BC.求出EL=x,EM=x,EN=6﹣x.由于x≠x,即EL≠EM.所以分EL=EN与EM=EN分别列出方程,求解即可;②当E在△ABC外部时,4<x≤6,过E作EL⊥AC交AC延长线于L,EM⊥AB于M,易知EG⊥BC.求出EL=x,EM=x,EG=x﹣6.由于x≠x,即EL≠EM.所以分EL=EN与EM=EN分别列出方程,求解即可.
【解答】解:(1)∵在△ABC中,∠C=90°,AC=BC,
∴∠A=45°,
∵PD⊥AB,
∴AD=AP•cos∠A=x=PD,
∵四边形PADE是平行四边形,
∴PE=AD=x;
(2)当点E落在边BC上时,如图1.
∵PE∥AD,
∴∠CPE=∠A=45°,
∵∠C=90°,
∴PC=PE•cos∠CPE=x•=x.
∵AP+PC=AC,
∴x+x=6,
∴x=4;
(3)①当0<x≤4时,如图2.
y=S▱PADE=AD•PD=x•x=x2,即y=x2;
②当4<x≤6时,如图3,设DE与BC交于G,PE与BC交于F.
∵AD=x,AB=AC=6,
∴DB=AB﹣AD=6﹣x,
∴DG=DB•sin∠B=(6﹣x)•=6﹣x,
∴GE=DE﹣DG=x﹣(6﹣x)=x﹣6,
∴y=S▱PADE﹣S△GFE=x2﹣(x﹣6)2=﹣x2+9x﹣18;
(4)①当E在△ABC内部时,0<x<4,如图4,过E作EL⊥AC于L,EM⊥AB于M,延长DE交BC于N,则EN⊥BC.
EL=PE•sin∠LPE=x•=x,
EM=DE•sin∠EDM=x•=x,
EN=DN﹣DE=DB•sin∠B﹣AP=(6﹣x)•﹣x=6﹣x﹣x=6﹣x.
∵0<x<4,
∴x≠x,即EL≠EM.
当EL=EN时,E在∠ACB的平分线上,
有x=6﹣x,解得x=3,符合题意;
当EM=EN时,E在∠ABC的平分线上,
有x=6﹣x,解得x=,符合题意;
②当E在△ABC外部时,4<x≤6,过E作EL⊥AC交AC延长线于L,EM⊥AB于M,易知EG⊥BC.
EL=GC=AD•sin∠A=x•=x,
EM=DE•sin∠EDM=x•=x,
EG=DE﹣DG=AP﹣DB•sin∠B=x﹣(6﹣x)•=x﹣(6﹣x)=x﹣6.
∵4<x≤6,
∴x≠x,即EL≠EM.
当EL=EG时,E在∠ACB的外角的角平分线上,
有x=x﹣6,解得x=6,符合题意;
当EM=EG时,E在∠ABC的外角的角平分线上,
有x=x﹣6,解得x=>6,不合题意舍去.
综上所述,点E到△ABC任意两边所在直线距离相等时x的值为3,6,.
【点评】本题是四边形综合题,考查了平行四边形的性质,等腰直角三角形的判定与性质,解直角三角形,平行线的性质,三角形、四边形的面积等知识,综合性较强,有一定难度.利用数形结合、分类讨论以及方程思想是解题的关键.
19.问题探究
(1)如图①,已知正方形ABCD的边长为4.点M和N分别是边BC、CD上两点,且BM=CN,连接AM和BN,交于点P.猜想AM与BN的位置关系,并证明你的结论.
(2)如图②,已知正方形ABCD的边长为4.点M和N分别从点B、C同时出发,以相同的速度沿BC、CD方向向终点C和D运动.连接AM和BN,交于点P,求△APB周长的最大值;
问题解决
(3)如图③,AC为边长为2的菱形ABCD的对角线,∠ABC=60°.点M和N分别从点B、C同时出发,以相同的速度沿BC、CA向终点C和A运动.连接AM和BN,交于点P.求△APB周长的最大值.
【分析】(1)结论:AM⊥BN.只要证明△ABM≌△BCN即可解决问题;
(2)如图②中,以AB为斜边向外作等腰直角三角形△AEB,∠AEB=90°,作EF⊥PA于E,作EG⊥PB于G,连接EP.首先证明PA+PB=2EF,求出EF的最大值即可解决问题;
(3)如图③中,延长DA到K,使得AK=AB,则△ABK是等边三角形,连接PK,取PH=PB.首先证明PA+PB=PK,求出PK的最大值即可解决问题;
【解答】解:(1)结论:AM⊥BN.
理由:如图①中,
∵四边形ABCD是正方形,
∴AB=BC,∠ABM=∠BCN=90°,
∵BM=CN,
∴△ABM≌△BCN,
∴∠BAM=∠CBN,
∵∠CBN+∠ABN=90°,
∴∠ABN+∠BAM=90°,
∴∠APB=90°,
∴AM⊥BN.
(2)如图②中,以AB为斜边向外作等腰直角三角形△AEB,∠AEB=90°,作EF⊥PA于E,作EG⊥PB于G,连接EP.
∵∠EFP=∠FPG=∠G=90°,
∴四边形EFPG是矩形,
∴∠FEG=∠AEB=90°,
∴∠AEF=∠BEG,
∵EA=EB,∠EFA=∠G=90°,
∴△AEF≌△BEG,
∴EF=EG,AF=BG,
∴四边形EFPG是正方形,
∴PA+PB=PF+AF+PG﹣BG=2PF=2EF,
∵EF≤AE,
∴EF的最大值=AE=2,
∴△APB周长的最大值=4+4.
(3)如图③中,延长DA到K,使得AK=AB,则△ABK是等边三角形,连接PK,取PH=PB.
∵AB=BC,∠ABM=∠BCN,BM=CN,
∴△ABM≌△BCN,
∴∠BAM=∠CBN,
∴∠APN=∠BAM+∠ABP=∠CBN+∠ABN=60°,
∴∠APB=120°,
∵∠AKB=60°,
∴∠AKB+∠APB=180°,
∴A、K、B、P四点共圆,
∴∠BPH=∠KAB=60°,
∵PH=PB,
∴△PBH是等边三角形,
∴∠KBA=∠HBP,BH=BP,
∴∠KBH=∠ABP,∵BK=BA,
∴△KBH≌△ABP,
∴HK=AP,
∴PA+PB=KH+PH=PK,
∴PK的值最大时,△APB的周长最大,
∴当PK是△ABK外接圆的直径时,PK的值最大,最大值为4,
∴△PAB的周长最大值=2+4.
【点评】本题考查四边形综合题、正方形的性质、等边三角形的性质、等腰直角三角形的性质、全等三角形的判定和性质,四点共圆等知识,解题的关键是学会添加常用辅助线,构造全等三角形解决问题,学会用转化的思想思考问题,属于中考压轴题.
20.如图1,在边长为4的菱形ABCD中,AC为其对角线,∠ABC=60°点M、N分别是边BC、边CD上的动点,且MB=NC.连接AM、AN、MN.MN交AC于点P.
(1)△AMN是什么特殊的三角形?说明理由.并求其面积最小值;
(2)求点P到直线CD距离的最大值;
(3)如图2,已知MB=NC=1,点E、F分别是边AM、边AN上的动点,连接EF、PF,EF+PF是否存在最小值?若存在,求出最小值及此时AE、AF的长;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)△AMN是等边三角形,AM⊥BC时面积最小.只要证明△AMB≌△ANC,推出AM=AN,∠BAM=∠CAN即可解决问题.
(2)如图2中,当AM⊥BC时,点P到CD距离最大.作PE⊥CD于E.
(3)如图3中,作点P关于AN的对称点为K,过点K做AM的垂线,交AN为F,交AM为E,此时,EF+PF最短,连接AK、作AG⊥MN于G,MH⊥AB于H.首先求出AM、AG的长,再证明△AGP≌△KEA,推出KE=AG即可.
【解答】解:(1)如图1中,
∵ABCD是菱形,∠ABC=60°,
∴△ABC为等边三角形
在△AMB和△ANC中,
AB=AC
∠B=∠ACN=60°
BM=NC
∴△AMB≌△ANC
∴AM=AN,∠BAM+∠MAC=∠MAC+∠NAC=60°,
∴∠MAN=60°,
∴△AMN为等边三角形,
当AM⊥BC时,△AMN的边长最小,面积最小,
此时AM=MN=AN=2,S△AMN=•(2)2=3
(2)如图2中,
当AM⊥BC时,点P到CD距离最大.作PE⊥CD于E.
理由:由(1)可知△AMN是等边三角形,
当AM⊥BC时,△AMN的边长最小,此时PA长最小,PC的长最大,点P到直线CD距离的最大,
∵BM=MC=2,∠CMP=30°,∠MPC=90°,
∴PC=MC=1,
在Rt△PCE中,∵∠CPE=30°,PC=1,
∴EC=PC=,
∴PE==.
∴点P到直线CD距离的最大值为;
(3)如图3中,作点P关于AN的对称点为K,过点K做AM的垂线,交AN为F,交AM为E,此时,EF+PF最短,由于对称,PF=KF,EF为垂线段(垂线段最短).
连接AK、作AG⊥MN于G,MH⊥AB于H.
在Rt△BMH中,∵BM=1,∠BMH=30°,
∴BH=,HM=,
∴AH=,AM==,
∵△AMN是等边三角形,
∴AG=.
∵∠APG=∠PCM+∠PMC=60°+∠PMC,
∵∠PMC+∠PCM+∠CPM=180°,∠NAP+∠ANP+∠APN=180°,∠ANP=∠PCM=60°,∠APN=∠CPM,
∴∠CMP=∠NAP=∠NAK,
∵∠EAK=∠EAN+∠NAK=60°+∠NAK,
∴∠APG=∠EAK,
∵∠AGP=∠AEK=90°,AP=AK,
∴△AGP≌△KEA,
∴KE=AG=.
∴EF+PF的最小值为,
∵∠PCN=∠PCM,
∴====,
∴PN=,
∴AE=PG=GN﹣PN=,
∵在Rt△AFE中,∠AFE=30°,∴AF=2AE,
∴AF=.
【点评】本题考查四边形综合题、菱形的性质、等边三角形的性质、全等三角形的判定和性质、垂线段最短等知识,解题的关键是灵活运用所学知识解决问题,学会添加常用辅助线,构造全等三角形解决问题,属于中考压轴题.
21.如图①,正方形ABCD边长为1,将正方形ABCD绕点A逆时针旋转α度后得到正方形AB'C'D'(0°<α<90°),C'D'与直线CD相交于点E,C'B'与直线CD相交于点F.
问题发现:(1)试猜想∠EAF= 45° ;三角形EC'F的周长 2 .
问题探究:如图②,连接B'D'分别交AE,AF于P,Q两点.
(2)在旋转过程中,若D'P=a,QB'=b,试用a,b来表示PQ,并说明理由.
(3)在旋转过程中△APQ的面积是否存在最小值,若存在,请求出这个值;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)首先证明Rt△AD'E≌Rt△ADE(HL),推出D'E=DE,∠D'AE=∠DAE,同理:B'F=DF,∠B'AF=∠DAF,推出∠EAF=∠DAE+∠DAF=∠B'AD'=45°,推出△EC′F的周长为C'E+EF+C'F=C'E+DE+DF+C'F=C'E+D'E+B'F+C'F=C'D+B'C'=2.
(2)求出B′D′的长即可解决问题.
(3)首先证明△APQ∽△AFE,推出=,推出EF最小时,△AEF的面积最小,此时△APQ的面积最小,由(1)可知,△C′EF的周长=EC′+C′F+EF=C′E+ED′+FB′=C′D′+C′B′=2=定值,可以证明当EC′=C′F时,斜边EF定值最小.求出△AEF的最小值即可解决问题.
【解答】解:(1)∵正方形ABCD绕点A逆时针旋转α°,后得到正方形AB′C′D′,
∴∠D'AB'=∠D'=∠ADE=90°,AD'=AD=C'D'=B'C'=1
在Rt△AD'E和Rt△ADE中,
,
∴Rt△AD'E≌Rt△ADE(HL),
∴D'E=DE,∠D'AE=∠DAE,
同理:B'F=DF,∠B'AF=∠DAF,
∴∠EAF=∠DAE+∠DAF=∠B'AD'=45°,
△EC′F的周长为C'E+EF+C'F=C'E+DE+DF+C'F=C'E+D'E+B'F+C'F=C'D+B'C'=2,
故答案为:45°,2;
(2)∵B'D'是正方形AB'C'D'的对角线,
∴B'D'=,
∵D′P=a,QB′=b
∴PQ=B'D'﹣D'P﹣B'Q=﹣a﹣b;
(3)如图②中,连接EQ.
∵∠ED′P=∠PAQ=45°,∠EPD′=∠APQ,
∴△EPD′∽△QPA,
∴=,
∴=,∵∠APD′=∠EPQ,
∴△PAD′∽△PQE,
∴∠AD′P=∠PEQ=45°,
∴∠QAE=∠QEA=45°,
∴△AEQ是等腰直角三角形,
∴AE=AQ,同理,AF=AP,
∴=,∵∠PAQ=∠EAF,
∴△PAQ∽△FAE,
∴=,
∵EF最小时,△AEF的面积最小,此时△APQ的面积最小,
由(1)可知,△C′EF的周长=EC′+C′F+EF=C′E+ED′+FB′=C′D′+C′B′=2=定值,
可以证明当EC′=C′F时,斜边EF定值最小.设C′E=x,C′F=y,EF=z,则x+y+z=2,x2+y2=z2,x+y=2﹣z,xy=2﹣2z,
∴x,y是方程M的两根,M2﹣(2﹣z)M+2﹣2z=0,∵△≥0,
∴(2﹣z)2﹣4(2﹣2z)≥0,
∴(z+2)2≥8,
∴z+2≥2,
∴z﹣2,
∴斜边EF的最小值为2﹣2,此时△AEF的面积=×1×(2﹣2)=﹣1,△APQ的面积=•S△AEF=,
∴△APQ的面积的最小值为.
【点评】本题考查正方形的性质、全等三角形的判定和性质、相似三角形的判定和性质、等腰直角三角形的判定和性质、勾股定理、一元二次方程的根的判别式等知识,解题的关键是灵活运用所学知识解决问题,本题的难点是构建一元二次方程,应用故的判别式,确定EF的最小值,属于中考压轴题.
22.如图,在矩形ABCD中,AB=CD=4cm,AD=BC=6cm,AE=DE=3cm,点P从点E出发,沿EB方向匀速运动,速度为1cm/s;同时,点Q从点C出发,沿CD方向匀速运动,速度为2cm/s,连接PQ,设运动时间为t(s)(0<t<2),解答下列问题:
(1)当t为何值时,PQ⊥CD?
(2)设四边形PBCQ的面积为y(cm2),求y与t的函数关系式;
(3)是否存在某一时刻t,使S四边形PBCQ:S四边形PQDE=22:5?若存在,求出t的值;若不存在,说明理由.
(4)是否存在某一时刻t,使A,P,Q三点在同一直线上?若存在,求出t的值;若不存在,说明理由.
【分析】(1)先根据勾股定理求出BE=5,再用平行线分线段成比例定理得出,建立方程即可得出结论;
(2)先利用相似三角形的性质得出BF,PF,再利用面积的和即可得出结论;
(3)先求出梯形BCDE的面积,进而得出四边形BCQP的面积,建立方程,即可得出结论;
(4)先判断出△PEG∽△BEA,得出PG=t,EG=t,再判断出△APG∽△AQD得出比例式建立方程求解即可得出结论.
【解答】解:(1)如图1,
∵四边形ABCD是矩形,
∴∠A=∠C=∠D=90°,
∴BC⊥CD,AD⊥CD,
在Rt△ABE中,AE=DE=AD=3,AB=4,根据勾股定理得,BE=5,
由运动知,PE=t,CQ=2t,
∴BP=5﹣t,DQ=4﹣2t,
∵PQ⊥CD,AD⊥CD,BC⊥CD,
∴DE∥QP∥CB,
∴,
∴,
∴t=;
(2)如图2,过点P作PF⊥BC于F,
∴PF∥AB,
∴∠BPF=∠EBA,
∵∠BFP=∠EAB=90°,
∴△BFP∽△EAB,
∴,
∴,
∴BF=(5﹣t),PF=(5﹣t),
∴CF=BC﹣BF=6﹣(5﹣t)=(5+t),
∴y=S△BFP+S梯形CQPF=PF•BF+(CQ+PF)×CF=×(5﹣t)×(5﹣t)+[2t+(5﹣t)]×(5+t)
=﹣t2﹣t,
(3)不存在,
理由:假设存在,
∵S梯形BCDE=(DE+BC)×CD=18,
∵S四边形PBCQ:S四边形PQDE=22:5,
∴S四边形PBCQ:S梯形BCDE=22:27,
∴S四边形PBCQ=S梯形BCDE=,
∴y=,
由(2)知,y=﹣t2﹣t,
∴﹣t2﹣t=,
即:t2+t+=0,
而△=()2﹣4××=﹣<0,
∴此方程无解,
即:不存在某一时刻t,使S四边形PBCQ:S四边形PQDE=22:5.
(4)存在,理由:假设存在,
如图3,过点P作PG⊥AD于G,
∴PG∥AB∥CD,
∴△PEG∽△BEA,
∴=,
∴=,
∴PG=t,EG=t,
∴AG=AE﹣EG=3﹣t
∵PG∥CD.
∴△APG∽△AQD,
∴,
∴,
∴t2﹣11t+10=0,
∴t=1或t=10(舍),
即:存在t=1时,使A,P,Q三点在同一直线上.
【点评】此题是四边形综合题,主要考查了矩形的性质,相似三角形的判定和性质,几何图形面积的求法,利用方程的思想解决问题是解本题的关键.
23.已知,在梯形ABCD中,AD∥BC,∠A=90°,AD=2,AB=4,BC=5,在射线BC任取一点M,联结DM,作∠MDN=∠BDC,∠MDN的另一边DN交直线BC于点N(点N在点M的左侧).
(1)当BM的长为10时,求证:BD⊥DM;
(2)如图(1),当点N在线段BC上时,设BN=x,BM=y,求y关于x的函数关系式,并写出它的定义域;
(3)如果△DMN是等腰三角形,求BN的长.
【分析】(1)先求出BG=2,DG=4,再用勾股定理求出CD=5=BC,即可判断出△BDM是直角三角形,即可得出结论;
(2)先判断出∠DBC=∠MDN,得出△MDN∽△MBD,得出DM2=BM×MN,再用勾股定理得DM2=16+(y﹣2)2,代入即可得出结论;
(3)分三种情况讨论计算即可得出结论.
【解答】解:(1)如图1,
过点D作DG⊥BC于G,
∴易知,四边形ABGD是矩形,BG=AD=2,DG=AB=4,
∵BC=5,
∴CG=BC﹣BG=3,
在Rt△CDG中,根据勾股定理得,CD=5,
∵BM=10,
∴CM=BM﹣BC=5=BC=CD,
∴△BDM是直角三角形,
∴BD⊥DM;
(2)由(1)知,CD=5=BC,
∴∠BDC=∠DBC,
∵∠MDN=∠BDC,
∴∠DBC=∠MDN,
∵∠BMD=∠DMN,
∴△MDN∽△MBD,
∴=,
∴DM2=BM×MN
在Rt△DMG中,根据勾股定理得,DM2=DG2+MG2=16+(y﹣2)2,
∵MN=BM﹣BN=y﹣x,
∴16+(y﹣2)2=y(y﹣x),
∴y=,
∵∠MDN=∠BDC,
∴∠BDN=∠CDM,
∵tan∠ADB=tan∠BDG==,tan∠CDG==,
∴∠CDG>∠BDG=∠ADB.
∵∠ADG=∠ADB+∠BDG=90°,
当点N到点G时,∠CDG+∠CDM>∠ADB+∠BDN>90°,
∵点M在BC上,
∴x<2,
∴0≤x<2,
(3)∵△DMN是等腰三角形,
∴Ⅰ、当DN=DM时,如图1,NG=MG,
∵NG=2﹣x,MG=y﹣2,
∴2﹣x=y﹣2,
∴x+y=4②,
由(2)知,y=,
∴y(4﹣x)=20①
联立①②,解得x=﹣2﹣4(舍)或x=2﹣4,
即:BN=2﹣4,
Ⅱ、当DM=MN时,
∴∠MDN=∠DNM,
∵∠CBD=∠MDN,
∴∠CBD=∠DNM,
∴点N与点B重合,
∴BN=0,
Ⅲ、当MN=DN时,
∴∠MDN=∠DMN,
∵∠DBC=∠MDN,
∴∠DBC=∠DMN,
∴DM=BD,
在Rt△ABD中,根据勾股定理得,BD2=AD2+AB2=20,
∵DM2=16+(BM﹣2)2,
∴20=16+(BM﹣2)2,
∴BM=0(舍去)或BM=4,
∴如图2,
点M在线段BC上,
同(2)的方法得,16+(BM﹣2)2=BM(BM﹣BN)③,
∵MN=BN+BM④,
联立③④解得,BN=1.
即:BN=0或1或2﹣4.
【点评】此题是四边形综合题,主要考查了矩形的判定和性质,勾股定理,相似三角形的判定和性质,解(1)的关键是判断出CD=BC=CM,解(2)的关键是判断出△MDN∽△MBD,解(3)的关键是分三种情况讨论.
24.如图,在边长为2的正方形ABCD中,点P是边AD上的动点(点P不与点A、点D重合),点Q是边CD上一点,联结PB、PQ,且∠PBC=∠BPQ.
(1)当QD=QC时,求∠ABP的正切值;
(2)设AP=x,CQ=y,求y关于x的函数解析式;
(3)联结BQ,在△PBQ中是否存在度数不变的角?若存在,指出这个角,并求出它的度数;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)先判断出△PDQ≌△ECQ(AAS)得出PD=CE,PQ=QE. 进而得出BE=EP=a+2,即:QP=a+1,再用勾股定理求出a的值,即可求出AP,即可得出结论;
(2)先判断出△PAB≌△PHB(AAS),得出AP=PH=x.AB=BH,进而得出BH=BC,再判断出Rt△BHQ≌Rt△BCQ(HL),得出QH=QC=y,最后用勾股定理即可得出结论;
(3)借助(2)得出的两个全等三角形即可得出结论.
【解答】解:(1)如图1,
延长PQ交BC延长线于点E.设PD=a.
∵∠PBC=∠BPQ,
∴EB=EP.
∵四边形ABCD是正方形,
∴AD∥BC,
∴∠DPQ=∠E,
在△PDQ和△ECQ中,,
∴△PDQ≌△ECQ(AAS)
∴PD=CE,PQ=QE.
∴BE=EP=a+2,
∴QP=a+1
在Rt△PDQ中,∵PD2+QD2=PQ2,
∴a2+1=(a+1)2,解得a=
∴AP=AD﹣PD=
在Rt△ABP中,tan∠ABP==.
(2)如图2,
过点B作BH⊥PQ,垂足为点H,联结BQ.
∵AD∥BC,
∴∠CBP=∠APB,
∵∠PBC=∠BPQ,
∴∠APB=∠HPB,
∵∠A=∠PHB=90°,
在△ABP和△HBP中,,
∴△PAB≌△PHB(AAS),
∴AP=PH=x.AB=BH,
∵AB=BC,
∴BH=BC,
在Rt△BHQ和Rt△BCQ中,
∴Rt△BHQ≌Rt△BCQ(HL),
∴QH=QC=y,
在Rt△PDQ中,∵PD2+QD2=PQ2,
∴(2﹣x)2+(2﹣y)2=(x+y)2,
∴(0<x<2).
(3)存在,∠PBQ=45°.
由(2)知,△PAB≌△PHB,
∴∠ABP=∠HBP,
∴∠PBH=∠ABH
由(2)知,Rt△BHQ≌Rt△BCQ,
∴∠HBQ=∠CBQ,
∴∠HBQ=∠HBC,
∴∠PBQ=∠PBH+∠HBQ=(∠ABH+∠HBC)=∠ABC=45°.
【点评】此题是四边形综合题,主要考查了正方形的性质,全等三角形的判定和性质,勾股定理,解本题的关键是整除辅助线构造全等三角形.
25.已知在矩形ABCD中,AB=2,AD=4.P是对角线BD上的一个动点(点P不与点B、D重合),过点P作PF⊥BD,交射线BC于点F.联结AP,画∠FPE=∠BAP,PE交BF于点E.设PD=x,EF=y.
(1)当点A、P、F在一条直线上时,求△ABF的面积;
(2)如图1,当点F在边BC上时,求y关于x的函数解析式,并写出函数定义域;
(3)联结PC,若∠FPC=∠BPE,请直接写出PD的长.
【分析】(1)首先证明∠ADB=∠BAF,由tan∠ADB===,推出tan∠BAF==,可得BF=1,根据S△ABF=•AB•BF计算即可;
(2)首先证明△BAP∽△BAP,可得=,由AD∥BC,推出∠ADB=∠PBF,tan∠PBF=tan∠ADB=,即=,由BP=2﹣x,可得PF=(2﹣x),代入比例式即可解决问题;
(3)分两种情形分别求解:①当点F在线段BC上时,如图1﹣1中;②如图2中,当点F在线段BC的延长线上时,作PH⊥AD于H,连接DF.寻找相似三角形,构建方程即可解决问题;
【解答】解:(1)如图,
∵矩形ABCD,
∴∠BAD=∠ABF=90°,
∴∠ABD+∠ADB=90°,
∵A、P、F在一条直线上,且PF⊥BD,
∴∠BPA=90°,
∴∠ABD+∠BAF=90°,
∴∠ADB=∠BAF,
∵tan∠ADB===,
∴tan∠BAF==,
∴BF=1,
∴S△ABF=•AB•BF=×2×1=1.
(2)如图1中,
∵PF⊥BP,
∴∠BPF=90°,
∴∠PFB+∠PBF=90°,
∵∠ABF=90°,
∴∠PBF+∠ABP=90°,
∴∠ABP=∠PFB,
又∵∠BAP=∠FPE
∴△BAP∽△FPE,
∴=,
∵AD∥BC,
∴∠ADB=∠PBF,
∴tan∠PBF=tan∠ADB=,即=,
∵BP=2﹣x,
∴PF=(2﹣x),
∴=,
∴y=(≤x<2).
(3)①当点F在线段BC上时,如图1﹣1中,
∵∠FPB=∠BCD=90°,
∴∠1+∠2=90°,∠1+∠3=90°,
∴∠2=∠3,
∵∠4=∠5,∠4+∠7=90°,∠5+∠6=90°,
∴∠6=∠7,
∴△PEF∽△PCD,
∴=,
∴=,
整理得:x2﹣2x+4=0,
解得x=±1.
②如图2中,当点F在线段BC的延长线上时,作PH⊥AD于H,连接DF.
由△APH∽△DFC,可得=,
∴=,
解得x=或(舍弃),
综上所述,PD的长为±1或.
【点评】本题考查四边形综合题.相似三角形的判定和性质、锐角三角函数、矩形的性质等知识,解题的关键是正确寻找相似三角形解决问题,学会用分类讨论的思想思考问题,学会利用参数构建方程解决问题,属于中考压轴题.
26.在正方形ABCD中,点E,F分别在边BC,CD上,且∠EAF=∠CEF=45°.
(1)将△ADF绕着点A顺时针旋转90°,得到△ABG(如图①),求证:△AEG≌△AEF;
(2)若直线EF与AB,AD的延长线分别交于点M,N(如图②),求证:EF2=ME2+NF2;
(3)将正方形改为长与宽不相等的矩形,若其余条件不变(如图③),请你直接写出线段EF,BE,DF之间的数量关系.
【分析】(1)根据旋转的性质可知AF=AG,∠EAF=∠GAE=45°,故可证△AEG≌△AEF;
(2)将△ADF绕着点A顺时针旋转90°,得到△ABG,连结GM.由(1)知△AEG≌△AEF,则EG=EF.再由△BME、△DNF、△CEF均为等腰直角三角形,得出CE=CF,BE=BM,NF=DF,然后证明∠GME=90°,MG=NF,利用勾股定理得出EG2=ME2+MG2,等量代换即可证明EF2=ME2+NF2;
(3)延长EF交AB延长线于M点,交AD延长线于N点,将△ADF绕着点A顺时针旋转90°,得到△AGH,连结HM,HE.由(1)知△AEH≌△AEF,结合勾股定理以及相等线段可得(GH+BE)2+(BE﹣GH)2=EF2,所以2(DF2+BE2)=EF2.
【解答】(1)证明:∵△ADF绕着点A顺时针旋转90°,得到△ABG,
∴AF=AG,∠FAG=90°,
∵∠EAF=45°,
∴∠GAE=45°,
在△AGE与△AFE中,
,
∴△AGE≌△AFE(SAS);
(2)证明:设正方形ABCD的边长为a.
将△ADF绕着点A顺时针旋转90°,得到△ABG,连结GM.
则△ADF≌△ABG,DF=BG.
由(1)知△AEG≌△AEF,
∴EG=EF.
∵∠CEF=45°,
∴△BME、△DNF、△CEF均为等腰直角三角形,
∴CE=CF,BE=BM,NF=DF,
∴a﹣BE=a﹣DF,
∴BE=DF,
∴BE=BM=DF=BG,
∴∠BMG=45°,
∴∠GME=45°+45°=90°,
∴EG2=ME2+MG2,
∵EG=EF,MG=BM=DF=NF,
∴EF2=ME2+NF2;
(3)解:EF2=2BE2+2DF2.
如图所示,延长EF交AB延长线于M点,交AD延长线于N点,
将△ADF绕着点A顺时针旋转90°,得到△AGH,连结HM,HE.
由(1)知△AEH≌△AEF,
则由勾股定理有(GH+BE)2+BG2=EH2,
即(GH+BE)2+(BM﹣GM)2=EH2
又∴EF=HE,DF=GH=GM,BE=BM,所以有(GH+BE)2+(BE﹣GH)2=EF2,
即2(DF2+BE2)=EF2
【点评】本题是四边形综合题,其中涉及到正方形的性质,旋转的性质,全等三角形的判定与性质,等腰直角三角形的判定与性质,矩形的性质,勾股定理.准确作出辅助线利用数形结合及类比思想是解题的关键.
27.已知:如图,菱形ABCD中,对角线AC,BD相交于点O,且AC=12cm,BD=16cm.点P从点B出发,沿BA方向匀速运动,速度为1cm/s;同时,直线EF从点D出发,沿DB方向匀速运动,速度为1cm/s,EF⊥BD,且与AD,BD,CD分别交于点E,Q,F;当直线EF停止运动时,点P也停止运动.连接PF,设运动时间为t(s)(0<t<8).解答下列问题:
(1)当t为何值时,四边形APFD是平行四边形?
(2)设四边形APFE的面积为y(cm2),求y与t之间的函数关系式;
(3)是否存在某一时刻t,使S四边形APFE:S菱形ABCD=17:40?若存在,求出t的值,并求出此时P,E两点间的距离;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)由四边形ABCD是菱形,OA=AC,OB=BD.在Rt△AOB中,运用勾股定理求出AB=10.再由△DFQ∽△DCO.得出=.求出DF.由AP=DF.求出t.
(2)过点C作CG⊥AB于点G,由S菱形ABCD=AB•CG=AC•BD,求出CG.据S梯形APFD=(AP+DF)•CG.S△EFD=EF•QD.得出y与t之间的函数关系式;
(3)过点C作CG⊥AB于点G,由S菱形ABCD=AB•CG,求出CG,由S四边形APFE:S菱形ABCD=17:40,求出t,再由△PBN∽△ABO,求得PN,BN,据线段关系求出EM,PM再由勾股定理求出PE.
【解答】解:(1)∵四边形ABCD是菱形,
∴AB∥CD,AC⊥BD,OA=OC=AC=6,OB=OD=BD=8.
在Rt△AOB中,AB==10.
∵EF⊥BD,
∴∠FQD=∠COD=90°.
又∵∠FDQ=∠CDO,
∴△DFQ∽△DCO.
∴=.
即=,
∴DF=t.
∵四边形APFD是平行四边形,
∴AP=DF.
即10﹣t=t,
解这个方程,得t=.
∴当t=s时,四边形APFD是平行四边形.
(2)如图,过点C作CG⊥AB于点G,
∵S菱形ABCD=AB•CG=AC•BD,
即10•CG=×12×16,
∴CG=.
∴S梯形APFD=(AP+DF)•CG
=(10﹣t+t)•=t+48.
∵△DFQ∽△DCO,
∴=.
即=,
∴QF=t.
同理,EQ=t.
∴EF=QF+EQ=t.
∴S△EFD=EF•QD=×t×t=t2.
∴y=(t+48)﹣t2=﹣t2+t+48.
(3)如图,过点P作PM⊥EF于点M,PN⊥BD于点N,
若S四边形APFE:S菱形ABCD=17:40,
则﹣t2+t+48=×96,
即5t2﹣8t﹣48=0,
解这个方程,得t1=4,t2=﹣(舍去)
过点P作PM⊥EF于点M,PN⊥BD于点N,
当t=4时,
∵△PBN∽△ABO,
∴==,即==.
∴PN=,BN=.
∴EM=EQ﹣MQ==.
PM=BD﹣BN﹣DQ==.
在Rt△PME中,
PE===(cm).
【点评】本题主要考查了四边形的综合知识,解题的关键是根据三角形相似比求出相关线段.
28.如图1,矩形OABC顶点B的坐标为(8,3),定点D的坐标为(12,0),动点P从点O出发,以每秒2个单位长度的速度沿x轴的正方向匀速运动,动点Q从点D出发,以每秒1个单位长度的速度沿x轴的负方向匀速运动,PQ两点同时运动,相遇时停止.在运动过程中,以PQ为斜边在x轴上方作等腰直角三角形PQR.设运动时间为t秒.
(1)当t= 1秒 时,△PQR的边QR经过点B;
(2)设△PQR和矩形OABC重叠部分的面积为S,求S关于t的函数关系式;
(3)如图2,过定点E(5,0)作EF⊥BC,垂足为F,当△PQR的顶点R落在矩形OABC的内部时,过点R作x轴、y轴的平行线,分别交EF、BC于点M、N,若∠MAN=45°,求t的值.
【分析】(1)△PQR的边QR经过点B时,△ABQ构成等腰直角三角形,则有AB=AQ,由此列方程求出t的值;
(2)在图形运动的过程中,有三种情形,需要分类讨论,避免漏解;
(3)首先判定ABFE为正方形;其次通过旋转,由三角形全等证明MN=EM+BN;设EM=m,BN=n,在Rt△FMN中,由勾股定理得到等式:mn+3(m+n)﹣9=0,由此等式列方程求出时间t的值.
【解答】解:(1)△PQR的边QR经过点B时,△ABQ构成等腰直角三角形,
∴AB=AQ,即3=4﹣t,
∴t=1.
即当t=1秒时,△PQR的边QR经过点B.
(2)①当0≤t≤1时,如答图1﹣1所示.
设PR交BC于点G,
过点P作PH⊥BC于点H,则CH=OP=2t,GH=PH=3.
S=S矩形OABC﹣S梯形OPGC
=8×3﹣(2t+2t+3)×3
=﹣6t;
②当1<t≤2时,如答图1﹣2所示.
设PR交BC于点G,RQ交BC、AB于点S、T.
过点P作PH⊥BC于点H,则CH=OP=2t,GH=PH=3.
QD=t,则AQ=AT=4﹣t,
∴BT=BS=AB﹣AQ=3﹣(4﹣t)=t﹣1.
S=S矩形OABC﹣S梯形OPGC﹣S△BST
=8×3﹣(2t+2t+3)×3﹣(t﹣1)2
=﹣t2﹣5t+19;
③当2<t≤4时,如答图1﹣3所示.
设RQ与AB交于点T,则AT=AQ=4﹣t.
PQ=12﹣3t,∴PR=RQ=(12﹣3t).
S=S△PQR﹣S△AQT
=PR2﹣AQ2
=(12﹣3t)2﹣(4﹣t)2
=t2﹣14t+28.
综上所述,S关于t的函数关系式为:
S=.
(3)∵E(5,0),∴AE=AB=3,
∴四边形ABFE是正方形.
如答图2,将△AME绕点A顺时针旋转90°,得到△ABM′,其中AE与AB重合.
∵∠MAN=45°,
∴∠EAM+∠NAB=45°,
∴∠BAM′+∠NAB=45°,
∴∠MAN=∠M′AN.
连接MN.在△MAN与△M′AN中,
∴△MAN≌△M′AN(SAS).
∴MN=M′N=M′B+BN
∴MN=EM+BN.
设EM=m,BN=n,则FM=3﹣m,FN=3﹣n.
在Rt△FMN中,由勾股定理得:FM2+FN2=MN2,即(3﹣m)2+(3﹣n)2=(m+n)2,
整理得:mn+3(m+n)﹣9=0. ①
延长NR交x轴于点S,则m=EM=RS=PQ=(12﹣3t),
∵QS=PQ=(12﹣3t),AQ=4﹣t,
∴n=BN=AS=QS﹣AQ=(12﹣3t)﹣(4﹣t)=2﹣t.
∴m=3n,
代入①式,化简得:n2+4n﹣3=0,
解得n=﹣2+或n=﹣2﹣(舍去)
∴2﹣t=﹣2+
解得:t=8﹣2.
∴若∠MAN=45°,则t的值为(8﹣2)秒.
【点评】
本题是运动型综合题,涉及动点与动线,复杂度较高,难度较大.第(2)问中,注意分类讨论周全,不要遗漏;第(3)问中,善于利用全等三角形及勾股定理,求得线段之间的关系式,最后列出方程求解.题中运算量较大,需要认真计算.
29.△ABC中,∠BAC=90°,AB=AC,点D为直线BC上一动点(点D不与B,C重合),以AD为边在AD右侧作正方形ADEF,连接CF.
(1)观察猜想
如图1,当点D在线段BC上时,
①BC与CF的位置关系为: 垂直 .
②BC,CD,CF之间的数量关系为: BC=CD+CF ;(将结论直接写在横线上)
(2)数学思考
如图2,当点D在线段CB的延长线上时,结论①,②是否仍然成立?若成立,请给予证明;若不成立,请你写出正确结论再给予证明.
(3)拓展延伸
如图3,当点D在线段BC的延长线上时,延长BA交CF于点G,连接GE.若已知AB=2,CD=BC,请求出GE的长.
【分析】(1)①根据正方形的性质得到∠BAC=∠DAF=90°,推出△DAB≌△FAC,根据全等三角形的性质即可得到结论;②由正方形ADEF的性质可推出△DAB≌△FAC,根据全等三角形的性质得到CF=BD,∠ACF=∠ABD,根据余角的性质即可得到结论;
(2)根据正方形的性质得到∠BAC=∠DAF=90°,推出△DAB≌△FAC,根据全等三角形的性质以及等腰直角三角形的角的性质可得到结论.
(3)根据等腰直角三角形的性质得到BC=AB=4,AH=BC=2,求得DH=3,根据正方形的性质得到AD=DE,∠
ADE=90°,根据矩形的性质得到NE=CM,EM=CN,由角的性质得到∠ADH=∠DEM,根据全等三角形的性质得到EM=DH=3,DM=AH=2,等量代换得到CN=EM=3,EN=CM=3,根据等腰直角三角形的性质得到CG=BC=4,根据勾股定理即可得到结论.
【解答】解:(1)①正方形ADEF中,AD=AF,
∵∠BAC=∠DAF=90°,
∴∠BAD=∠CAF,
在△DAB与△FAC中,,
∴△DAB≌△FAC,
∴∠B=∠ACF,
∴∠ACB+∠ACF=90°,即BC⊥CF;
故答案为:垂直;
②△DAB≌△FAC,
∴CF=BD,
∵BC=BD+CD,
∴BC=CF+CD;
故答案为:BC=CF+CD;
(2)CF⊥BC成立;BC=CD+CF不成立,CD=CF+BC.
∵正方形ADEF中,AD=AF,
∵∠BAC=∠DAF=90°,
∴∠BAD=∠CAF,
在△DAB与△FAC中,,
∴△DAB≌△FAC,
∴∠ABD=∠ACF,
∵∠BAC=90°,AB=AC,
∴∠ACB=∠ABC=45°.
∴∠ABD=180°﹣45°=135°,
∴∠BCF=∠ACF﹣∠ACB=135°﹣45°=90°,
∴CF⊥BC.
∵CD=DB+BC,DB=CF,
∴CD=CF+BC.
(3)解:过A作AH⊥BC于H,过E作EM⊥BD于M,EN⊥CF于N,
∵∠BAC=90°,AB=AC,
∴BC=AB=4,AH=BC=2,
∴CD=BC=1,CH=BC=2,
∴DH=3,
由(2)证得BC⊥CF,CF=BD=5,
∵四边形ADEF是正方形,
∴AD=DE,∠ADE=90°,
∵BC⊥CF,EM⊥BD,EN⊥CF,
∴四边形CMEN是矩形,
∴NE=CM,EM=CN,
∵∠AHD=∠ADE=∠EMD=90°,
∴∠ADH+∠EDM=∠EDM+∠DEM=90°,
∴∠ADH=∠DEM,
在△ADH与△DEM中,,
∴△ADH≌△DEM,
∴EM=DH=3,DM=AH=2,
∴CN=EM=3,EN=CM=3,
∵∠ABC=45°,
∴∠BGC=45°,
∴△BCG是等腰直角三角形,
∴CG=BC=4,
∴GN=1,
∴EG==.
【点评】本题考查了全等三角形的判定和性质,正方形的性质,余角的性质,勾股定理,等腰直角三角形的判定和性质,矩形的判定和性质,正确地作出辅助线构造全等三角形是解题的关键.
30.已知:四边形ABCD中,对角线的交点为O,E是OC上的一点,过点A作AG⊥BE于点G,AG、BD交于点F.
(1)如图1,若四边形ABCD是正方形,求证:OE=OF;
(2)如图2,若四边形ABCD是菱形,∠ABC=120°.探究线段OE与OF的数量关系,并说明理由;
(3)如图3,若四边形ABCD是等腰梯形,∠ABC=α,且AC⊥BD.结合上面的活动经验,探究线段OE与OF的数量关系为 OF=tan(α﹣45°)OE (直接写出答案).
【分析】(1)根据正方形的对角线相等且互相垂直平分可得OA=OB,再根据同角的余角相等求出∠AFO=∠BEO,然后利用“角角边”证明△AOF和△BOE全等,根据全等三角形对应边相等证明即可;
(2)根据菱形的对角线互相垂直可得AC⊥BD,对角线平分一组对角可得∠ABO=60°,再根据等角的余角相等求出∠AFO=∠BEO,然后证明△AOF和△
BOE相似,根据相似三角形对应边成比例可得=,再根据锐角三角形函数的定义解答;
(3)根据等腰梯形的性质求出∠OBC=45°,再根据同角的余角相等求出∠OAF=∠OBE,然后求出△AOF和△BOE相似,利用相似三角形对应边成比例可得=,再根据锐角三角函数解答.
【解答】证明:(1)∵四边形ABCD是正方形,对角线的交点为O,
∴AC=BD,OA=OC,OB=OD,
∴OA=OB,
∵AC⊥BD,AG⊥BE,
∴∠FAO+∠AFO=90°,∠EAG+∠AEG=90°,
∴∠AFO=∠BEO,
在△AOF和△BOE中,
,
∴△AOF≌△BOE(AAS),
∴OE=OF;
(2)OF=OE.
理由:∵四边形ABCD是菱形,对角线的交点为O,∠ABC=120°
∴AC⊥BD,∠ABO=60°,
∴∠FAO+∠AFO=90°,
∵AG⊥BE,
∴∠EAG+∠BEA=90°.
∴∠AFO=∠BEO,
又∵∠AOF=∠BOE=90°,
∴△AOF∽△BOE,
∴=,
∵∠ABO=60°,AC⊥BD,
∴=tan60°=.
∴OF=OE;
(3)∵四边形ABCD是等腰梯形,
∴∠OBC=∠OCB,
∵AC⊥BD,
∴∠OBC=45°,
∵∠ABC=α,
∴∠ABO=α﹣45°,
∵AG⊥BE,
∴∠OAF+∠AEG=90°,
∵AC⊥BD,
∴∠OBE+∠AEG=90°,
∴∠OAF=∠OBE,
又∵∠AOF=∠BOE=90°,
∴△AOF∽△BOE,
∴=,
∵∠ABO=α﹣45°,AC⊥BD,
∴=tan(α﹣45°),
∴OF=tan(α﹣45°)OE.
故答案为:OF=tan(α﹣45°)OE.
【点评】本题是四边形综合题型,主要利用了正方形的性质,全等三角形的判定与性质,菱形的对角线互相垂直平分的性质,等腰梯形的性质,以及相似三角形的判定与性质,锐角三角形函数,综合性较强,(2)(3)两小题确定出相似三角形是解题的关键.
31.如图,矩形ABCD中,AB=3,AD=4,E为AB上一点,AE=1,M为射线AD上一动点,AM=a(a为大于0的常数),直线EM与直线CD交于点F,过点M作MG⊥EM,交直线BC于点G.
(1)若M为边AD中点,求证△EFG是等腰三角形;
(2)若点G与点C重合,求线段MG的长;
(3)请用含a的代数式表示△EFG的面积S,并指出S的最小整数值.
【分析】(1)利用△MAE≌△MDF,求出EM=FM,再由MG⊥EM,得出EG=FG,所以△EFG是等腰三角形;
(2)利用勾股定理EM2=AE2+AM2,EC2=BE2+BC2,得出CM2=EC2﹣EM2,利用线段关系求出CM.再△MAE∽△CDM,
求出a的值,再求出CM.
(3)①当点M在AD上时,②:①当点M在AD的延长线上时,作MN⊥BC,交BC于点N,先求出EM,再利用△MAE∽△MDF求出FM,得到EF的值,再由△MNG∽△MAE得出MG的长度,然后用含a的代数式表示△EFG的面积S,指出S的最小整数值.
【解答】(1)证明:∵四边形ABCD是矩形,
∴∠A=∠MDF=90°,
∵M为边AD中点,
∴MA=MD
在△MAE和△MDF中,
∴△MAE≌△MDF(ASA),
∴EM=FM,
又∵MG⊥EM,
∴EG=FG,
∴△EFG是等腰三角形;
(2)解:如图1,
∵AB=3,AD=4,AE=1,AM=a
∴BE=AB﹣AE=3﹣1=2,BC=AD=4,
∴EM2=AE2+AM2,EC2=BE2+BC2,
∴EM2=1+a2,EC2=4+16=20,
∵CM2=EC2﹣EM2,
∴CM2=20﹣1﹣a2=19﹣a2,
∴CM=.
∵AB∥CD,
∴∠AEM=∠MFD,
又∵∠MCD+∠MFD=90°,∠AME+∠AEM=90°,
∴∠AME=∠MCD,
∵∠MAE=∠CDM=90°,
∴△MAE∽△CDM,
∴=,即=,
解得a=1或3,
代入CM=.
得CM=3或.
方法二:求出a后,利用Rt△CDM直接求CM比较简单.
(3)解:①当点M在AD上时,如图2,作MN⊥BC,交BC于点N,
∵AB=3,AD=4,AE=1,AM=a
∴EM==,MD=AD﹣AM=4﹣a,
∵∠A=∠MDF=90°,∠AME=∠DMF,
∴△MAE∽△MDF
∴=,
∴=,
∴FM=,
∴EF=EM+FM=+=,
∵AD∥BC,
∴∠MGN=∠DMG,
∵∠AME+∠AEM=90°,∠AME+∠DMG=90°,
∴∠AEM=∠DMG,
∴∠MGN=∠AEM,
∵∠MNG=∠MAE=90°,
∴△MNG∽△MAE
∴=,
∴=,
∴MG=,
∴S=EF•MG=××=+6,
即S=+6,
当a=时,S有最小整数值,S=1+6=7.
②当点M在AD的延长线上时,如图3,作MN⊥BC,交BC延长线于点N,
∵AB=3,AD=4,AE=1,AM=a
∴EM==,MD=a﹣4,
∵DC∥AB,
∴△MAE∽△MDF
∴=,
∴=,
∴FM=,
∴EF=EM﹣FM=﹣=,
∵∠AME+∠EMN=90°,∠NMG+∠EMN=90°,
∴∠AME=∠NMG,
∵∠MNG=∠MAE=90°,
∴△MNG∽△MAE
∴=,
∴=,
∴MG=,
∴S=EF•MG=××=+6,
即S=+6,
当a>4时,S没有整数值.
综上所述当a=时,S有最小整数值,S=1+6=7.
【点评】本题主要考查了四边形的综合题,解题的关键是利用三角形相似求出线段的长度.
32.已知,在△ABC中,∠BAC=90°,∠ABC=45°,点D为直线BC上一动点(点D不与点B,C重合).以AD为边作正方形ADEF,连接CF
(1)如图1,当点D在线段BC上时.求证:CF+CD=BC;
(2)如图2,当点D在线段BC的延长线上时,其他条件不变,请直接写出CF,BC,CD三条线段之间的关系;
(3)如图3,当点D在线段BC的反向延长线上时,且点A,F分别在直线BC的两侧,其他条件不变;
①请直接写出CF,BC,CD三条线段之间的关系;
②若正方形ADEF的边长为2,对角线AE,DF相交于点O,连接OC.求OC的长度.
【分析】(1)△ABC是等腰直角三角形,利用SAS即可证明△BAD≌△CAF,从而证得CF=BD,据此即可证得;
(2)同(1)相同,利用SAS即可证得△BAD≌△CAF,从而证得BD=CF,即可得到CF﹣CD=BC;
(3)首先证明△BAD≌△CAF,△FCD是直角三角形,然后根据正方形的性质即可求得DF的长,则OC即可求得.
【解答】证明:(1)∵∠BAC=90°,∠ABC=45°,
∴∠ACB=∠ABC=45°,
∴AB=AC,
∵四边形ADEF是正方形,
∴AD=AF,∠DAF=90°,
∵∠BAD=90°﹣∠DAC,∠CAF=90°﹣∠DAC,
∴∠BAD=∠CAF,
则在△BAD和△CAF中,
,
∴△BAD≌△CAF(SAS),
∴BD=CF,
∵BD+CD=BC,
∴CF+CD=BC;
(2)CF﹣CD=BC;
(3)①CD﹣CF=BC
②∵∠BAC=90°,∠ABC=45°,
∴∠ACB=∠ABC=45°,
∴AB=AC,
∵四边形ADEF是正方形,
∴AD=AF,∠DAF=90°,
∵∠BAD=90°﹣∠BAF,∠CAF=90°﹣∠BAF,
∴∠BAD=∠CAF,
∵在△BAD和△CAF中,
∴△BAD≌△CAF(SAS),
∴∠ACF=∠ABD,
∵∠ABC=45°,
∴∠ABD=135°,
∴∠ACF=∠ABD=135°,
∴∠FCD=90°,
∴△FCD是直角三角形.
∵正方形ADEF的边长为2且对角线AE、DF相交于点O.
∴DF=AD=4,O为DF中点.
∴OC=DF=2.
【点评】本题考查了正方形与全等三角形的判定与性质的综合应用,证明三角形全等是关键.
33.已知:如图,在矩形ABCD中,AB=6cm,BC=8cm,对角线AC,BD交于点O.点P从点A出发,沿AD方向匀速运动,速度为1cm/s;同时,点Q从点D出发,沿DC方向匀速运动,速度为1cm/s;当一个点停止运动时,另一个点也停止运动.连接PO并延长,交BC于点E,过点Q作QF∥AC,交BD于点F.设运动时间为t(s)(0<t<6),解答下列问题:
(1)当t为何值时,△AOP是等腰三角形?
(2)设五边形OECQF的面积为S(cm2),试确定S与t的函数关系式;
(3)在运动过程中,是否存在某一时刻t,使S五边形S五边形OECQF:S△ACD=9:16?若存在,求出t的值;若不存在,请说明理由;
(4)在运动过程中,是否存在某一时刻t,使OD平分∠COP?若存在,求出t的值;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)根据矩形的性质和勾股定理得到AC=10,①当AP=PO=t,如图1,过P作PM⊥AO,根据相似三角形的性质得到AP=t=,②当AP=AO=t=5,于是得到结论;
(2)过点O作OH⊥BC交BC于点H,已知BE=PD,则可求△BOE的面积;可证得△DFQ∽△DOC,由相似三角形的面积比可求得△DFQ的面积,从而可求五边形OECQF的面积.
(3)根据题意列方程得到t=,t=0,(不合题意,舍去),于是得到结论;
(4)由角平分线的性质得到DM=DN=,根据勾股定理得到ON=OM==,由三角形的面积公式得到OP=5﹣t,根据勾股定理列方程即可得到结论.
【解答】解:(1)∵在矩形ABCD中,AB=6cm,BC=8cm,
∴AC=10,
①当AP=PO=t,如图1,
过P作PM⊥AO,
∴AM=AO=,
∵∠PMA=∠ADC=90°,∠PAM=∠CAD,
∴△APM∽△ACD,
∴,
∴AP=t=,
②当AP=AO=t=5,
∴当t为或5时,△AOP是等腰三角形;
(2)过点O作OH⊥BC交BC于点H,则OH=CD=AB=3cm.
由矩形的性质可知∠PDO=∠EBO,DO=BO,又得∠DOP=∠BOE,
∴△DOP≌BOE,
∴BE=PD=8﹣t,
则S△BOE=BE•OH=×3(8﹣t)=12﹣t.
∵FQ∥AC,
∴△DFQ∽△DOC,相似比为=,
∴=
∵S△DOC=S矩形ABCD=×6×8=12cm2,
∴S△DFQ=12×=
∴S五边形OECQF=S△DBC﹣S△BOE﹣S△DFQ=×6×8﹣(12﹣t)﹣=﹣t2+t+12;
∴S与t的函数关系式为S=﹣t2+t+12;
(3)存在,
∵S△ACD=×6×8=24,
∴S五边形OECQF:S△ACD=(﹣t2+t+12):24=9:16,
解得t=3,或t=,
∴t=3或时,S五边形S五边形OECQF:S△ACD=9:16;
(4)如图3,过D作DM⊥PE于M,DN⊥AC于N,
∵∠POD=∠COD,
∴DM=DN=,
∴ON=OM==,
∵OP•DM=3PD,
∴OP=5﹣t,
∴PM=﹣t,
∵PD2=PM2+DM2,
∴(8﹣t)2=(﹣t)2+()2,
解得:t=16(不合题意,舍去),t=,
∴当t=时,OD平分∠COP.
【点评】本题考查了矩形的性质,角平分线的性质,相似三角形的判定和性质,图形面积的计算,全等三角形的判定和性质,正确的识别图形是解题的关键.
34.如图1,在正方形ABCD内作∠EAF=45°,AE交BC于点E,AF交CD于点F,连接EF,过点A作AH⊥EF,垂足为H.
(1)如图2,将△ADF绕点A顺时针旋转90°得到△ABG.
①求证:△AGE≌△AFE;
②若BE=2,DF=3,求AH的长.
(2)如图3,连接BD交AE于点M,交AF于点N.请探究并猜想:线段BM,MN,ND之间有什么数量关系?并说明理由.
【分析】(1)①由旋转的性质可知:AF=AG,∠DAF=∠BAG,接下来在证明∠GAE=∠FAE,然后依据SAS证明△GAE≌△FAE即可;②由全等三角形的性质可知:AB=AH,GE=EF=5.设正方形的边长为x,接下来,在Rt△EFC中,依据勾股定理列方程求解即可;
(2)将△ABM逆时针旋转90°得△ADM′.在△NM′D中依据勾股定理可证明NM′2=ND2+DM′2,接下来证明△AMN≌△ANM′,于的得到MN=NM′,最后再由BM=DM′证明即可.
【解答】解:(1)①由旋转的性质可知:AF=AG,∠DAF=∠BAG.
∵四边形ABCD为正方形,
∴∠BAD=90°.
又∵∠EAF=45°,
∴∠BAE+∠DAF=45°.
∴∠BAG+∠BAE=45°.
∴∠GAE=∠FAE.
在△GAE和△FAE中,
,
∴△GAE≌△FAE.
②∵△GAE≌△FAE,AB⊥GE,AH⊥EF,
∴AB=AH,GE=EF=5.
设正方形的边长为x,则EC=x﹣2,FC=x﹣3.
在Rt△EFC中,由勾股定理得:EF2=FC2+EC2,即(x﹣2)2+(x﹣3)2=25.
解得:x=6.
∴AB=6.
∴AH=6.
(2)如图所示:将△ABM逆时针旋转90°得△ADM′.
∵四边形ABCD为正方形,
∴∠ABD=∠ADB=45°.
由旋转的性质可知:∠ABM=∠ADM′=45°,BM=DM′.
∴∠NDM′=90°.
∴NM′2=ND2+DM′2.
∵∠EAM′=90°,∠EAF=45°,
∴∠EAF=∠FAM′=45°.
在△AMN和△ANM′中,
,
∴△AMN≌△ANM′.
∴MN=NM′.
又∵BM=DM′,
∴MN2=ND2+BM2.
【点评】本题主要考查的是四边形的综合应用,解答本题主要应用了旋转的性质、全等三角形的性质和判定、勾股定理的应用,正方形的性质,依据旋转的性质构造全等三角形和直角三角形是解题的关键.
35.给出定义,若一个四边形中存在相邻两边的平方和等于一条对角线的平方,则称该四边形为勾股四边形.
(1)在你学过的特殊四边形中,写出两种勾股四边形的名称;
(2)如图,将△ABC绕顶点B按顺时针方向旋转60°得到△DBE,连接AD,DC,CE,已知∠DCB=30°.
①求证:△BCE是等边三角形;
②求证:DC2+BC2=AC2,即四边形ABCD是勾股四边形.
【分析】(1)根据定义和特殊四边形的性质,则有矩形或正方形或直角梯形;
(2)①首先证明△ABC≌△DBE,得出AC=DE,BC=BE,连接CE,进一步得出△BCE为等边三角形;
②利用等边三角形的性质,进一步得出△DCE是直角三角形,问题得解.
【解答】解:(1)正方形、矩形、直角梯形均可;
证明:(2)①∵△ABC≌△DBE,
∴BC=BE,
∵∠CBE=60°,
∴△BCE是等边三角形;
②∵△ABC≌△DBE,
∴BE=BC,AC=ED;
∴△BCE为等边三角形,
∴BC=CE,∠BCE=60°,
∵∠DCB=30°,
∴∠DCE=90°,
在Rt△DCE中,
DC2+CE2=DE2,
∴DC2+BC2=AC2.
【点评】此题主要考查勾股定理,三角形的判定与性质,等边三角形的判定与性质,是一道综合性很强的题目.
36.如图1,直角梯形ABCD中,AD∥BC,∠ADC=90°,AD=8,BC=6,点M从点D出发,以每秒2个单位长度的速度向点A运动,同时,点N从点B出发,以每秒1个单位长度的速度向点C运动.其中一个动点到达终点时,另一个动点也随之停止运动.过点N作NP⊥AD于点P,连接AC交NP于点Q,连接MQ.设运动时间为t秒.
(1)AM= 8﹣2t ,AP= 2+t .(用含t的代数式表示)
(2)当四边形ANCP为平行四边形时,求t的值
(3)如图2,将△AQM沿AD翻折,得△AKM,是否存在某时刻t,
①使四边形AQMK为为菱形,若存在,求出t的值;若不存在,请说明理由
②使四边形AQMK为正方形,则AC= 8 .
【分析】(1)由DM=2t,根据AM=AD﹣DM即可求出AM=8﹣2t;先证明四边形CNPD为矩形,得出DP=CN=6﹣t,则AP=AD﹣DP=2+t;
(2)根据四边形ANCP为平行四边形时,可得6﹣t=8﹣(6﹣t),解方程即可;
(3))①由NP⊥AD,QP=PK,可得当PM=PA时有四边形AQMK为菱形,列出方程6﹣t﹣2t=8﹣(6﹣t),求解即可,
②要使四边形AQMK为正方形,由∠ADC=90°,可得∠CAD=45°,所以四边形AQMK为正方形,则CD=AD,由AD=8,可得CD=8,利用勾股定理求得AC即可.
【解答】解:(1)如图1.
∵DM=2t,
∴AM=AD﹣DM=8﹣2t.
∵在直角梯形ABCD中,AD∥BC,∠ADC=90°,NP⊥AD于点P,
∴四边形CNPD为矩形,
∴DP=CN=BC﹣BN=6﹣t,
∴AP=AD﹣DP=8﹣(6﹣t)=2+t;
故答案为:8﹣2t,2+t.
(2)∵四边形ANCP为平行四边形时,CN=AP,
∴6﹣t=8﹣(6﹣t),解得t=2,
(3)①存在时刻t=1,使四边形AQMK为菱形.理由如下:
∵NP⊥AD,QP=PK,
∴当PM=PA时有四边形AQMK为菱形,
∴6﹣t﹣2t=8﹣(6﹣t),解得t=1,
②要使四边形AQMK为正方形.
∵∠ADC=90°,
∴∠CAD=45°.
∴四边形AQMK为正方形,则CD=AD,
∵AD=8,
∴CD=8,
∴AC=8.
故答案为:8.
【点评】
本题是四边形综合题,其中涉及到直角梯形的性质,矩形的判定与性质,等腰直角三角形的性质,轴对称的性质,等腰三角形的性质,正方形的性质等知识,综合性较强,难度适中.运用数形结合、方程思想是解题的关键.
37.已知,如图1,BD是边长为1的正方形ABCD的对角线,BE平分∠DBC交DC于点E,延长BC到点F,使CF=CE,连接DF,交BE的延长线于点G.
(1)求证:△BCE≌△DCF;
(2)求CF的长;
(3)如图2,在AB上取一点H,且BH=CF,若以BC为x轴,AB为y轴建立直角坐标系,问在直线BD上是否存在点P,使得以B、H、P为顶点的三角形为等腰三角形?若存在,直接写出所有符合条件的P点坐标;若不存在,说明理由.
【分析】(1)利用正方形的性质,由全等三角形的判定定理SAS即可证得△BCE≌△DCF;
(2)通过△DBG≌△FBG的对应边相等知BD=BF=;然后由CF=BF﹣BC=即可求得;
(3)分三种情况分别讨论即可求得.
【解答】(1)证明:如图1,
在△BCE和△DCF中,
,
∴△BCE≌△DCF(SAS);
(2)证明:如图1,
∵BE平分∠DBC,OD是正方形ABCD的对角线,
∴∠EBC=∠DBC=22.5°,
由(1)知△BCE≌△DCF,
∴∠EBC=∠FDC=22.5°(全等三角形的对应角相等);
∴∠BGD=90°(三角形内角和定理),
∴∠BGF=90°;
在△DBG和△FBG中,
,
∴△DBG≌△FBG(ASA),
∴BD=BF,DG=FG(全等三角形的对应边相等),
∵BD==,
∴BF=,
∴CF=BF﹣BC=﹣1;
(3)解:如图2,∵CF=﹣1,BH=CF
∴BH=﹣1,
①当BH=BP时,则BP=﹣1,
∵∠PBC=45°,
设P(x,x),
∴2x2=(﹣1)2,
解得x=1﹣或﹣1+,
∴P(1﹣,1﹣)或(﹣1+,﹣1+);
②当BH=HP时,则HP=PB=﹣1,
∵∠ABD=45°,
∴△PBH是等腰直角三角形,
∴P(﹣1,﹣1);
③当PH=PB时,∵∠ABD=45°,
∴△PBH是等腰直角三角形,
∴P(,),
综上,在直线BD上是否存在点P,使得以B、H、P为顶点的三角形为等腰三角形,所有符合条件的P点坐标为(1﹣,1﹣)、(﹣1+,﹣1+)、(﹣1,﹣1)、(,).
【点评】本题是四边形的综合题,考查了正方形的性质,三角形全等的判定和性质,等腰三角形的判定,熟练掌握性质定理是解题的关键.
38.如图,在△ABC中,AB=AC,AD⊥BC于点D,BC=10cm,AD=8cm,E点F点分别为AB,AC的中点.
(1)求证:四边形AEDF是菱形;
(2)求菱形AEDF的面积;
(3)若H从F点出发,在线段FE上以每秒2cm的速度向E点运动,点P从B点出发,在线段BC上以每秒3cm的速度向C点运动,问当t为何值时,四边形BPHE是平行四边形?当t取何值时,四边形PCFH是平行四边形?
【分析】(1)根据等腰三角形的性质,证得点D是BC的中点;根据三角形的中位线定理,即可证得:DE∥AC,DF∥AB,根据题目中的条件,即可证得结论;
(2)根据中位线定理,即可求出线段EF的长度;根据菱形的面积等于对角线乘积的一半,即可求出菱形面积;
(3)根据平行四边形的对边相等,列出关于t的方程,求出t即可.
【解答】(1)证明:∵AB=AC,AD⊥BC,
∴D为BC的中点,
∵E,F分别为AB,AC的中点,
∴DE和DF是△ABC的中位线,
∴DE∥AC,DF∥AB,
∴四边形AEDF是平行四边形,
∵E,F分别为AB,AC的中点,AB=AC,
∴AE=AF∴平行四边形AEDF是菱形;
(2)解:∵EF为△ABC的中位线,
∴EF=BC=5,
∵AD=8,AD⊥EF,
∴S菱形AEDF=AD•EF=×8×5=20;
(3)解:∵EF∥BC
∴EH∥BP,
若四边形BPHE为平行四边形,则需EH=BP,
∴5﹣2t=3t,解得:t=1,
∴当t=1秒时,四边形BPHE为平行四边形,
∵EF∥BC,
∴FH∥PC,
若四边形PCFH为平行四边形,则需FH=PC,
∴2t=10﹣3t,解得:t=2,
∴当t=2秒时,四边形PCFH为平行四边形.
【点评】本题主要考查了等腰三角形的性质、菱形的性质与判定、平行四边形的性质与判定的综合应用,解决此类问题,需要将各知识点融合,熟练应用相关的知识点是解题的关键.
39.如图,四边形OABC是边长为4的正方形,点P为OA边上任意一点(与点O、A不重合),连接CP,过点P作PM⊥CP交AB于点D,且PM=CP,过点M作MN∥OA,交BO于点N,连接ND、BM,设OP=t.
(1)求点M的坐标(用含t的代数式表示).
(2)试判断线段MN的长度是否随点P的位置的变化而改变?并说明理由.
(3)当t为何值时,四边形BNDM的面积最小.
【分析】(1)作ME⊥x轴于E,则∠MEP=90°,先证出∠PME=∠CPO,再证明△MPE≌△PCO,得出ME=PO=t,EP=OC=4,求出OE,即可得出点M的坐标;
(2)连接AM,先证明四边形AEMF是正方形,得出∠MAE=45°=∠BOA,AM∥OB,证出四边形OAMN是平行四边形,即可得出MN=OA=4;
(3)先证明△PAD∽△PEM,得出比例式,得出AD,求出BD,求出四边形BNDM的面积S是关于t的二次函数,即可得出结果.
【解答】解:(1)作ME⊥x轴于E,如图1所示:
则∠MEP=90°,ME∥AB,
∴∠MPE+∠PME=90°,
∵四边形OABC是正方形,
∴∠POC=90°,OA=OC=AB=BC=4,∠BOA=45°,
∵PM⊥CP,
∴∠CPM=90°,
∴∠MPE+∠CPO=90°,
∴∠PME=∠CPO,
在△MPE和△PCO中,,
∴△MPE≌△PCO(AAS),
∴ME=PO=t,EP=OC=4,
∴OE=t+4,
∴点M的坐标为:(t+4,t);
(2)线段MN的长度不发生改变;理由如下:
连接AM,如图2所示:
∵MN∥OA,ME∥AB,∠MEA=90°,
∴四边形AEMF是矩形,
又∵EP=OC=OA,
∴AE=PO=t=ME,
∴四边形AEMF是正方形,
∴∠MAE=45°=∠BOA,
∴AM∥OB,
∴四边形OAMN是平行四边形,
∴MN=OA=4;
(3)∵ME∥AB,
∴△PAD∽△PEM,
∴,
即,
∴AD=﹣t2+t,
∴BD=AB﹣AD=4﹣(﹣t2+t)=t2﹣t+4,
∵MN∥OA,AB⊥OA,
∴MN⊥AB,
∴四边形BNDM的面积S=MN•BD=×4(t2﹣t+4)=(t﹣2)2+6,
∴S是t的二次函数,
∵>0,
∴S有最小值,
当t=2时,S的值最小;
∴当t=2时,四边形BNDM的面积最小.
【点评】本题是四边形综合题目,考查了正方形的性质与判定、全等三角形的判定与性质、平行四边形的判定与性质、相似三角形的判定与性质、四边形面积的计算以及二次函数的最值等知识;本题难度较大,综合性强,特别是(2)(3)中,需要证明四边形是正方形、平行四边形、三角形相似以及运用二次函数才能得出结果.
40.如图(1),E是正方形ABCD的边BC上的一个点(E与B、C两点不重合),过点E作射线EP⊥AE,在射线EP上截取线段EF,使得EF=AE;过点F作FG⊥BC交BC的延长线于点G.
(1)求证:FG=BE;
(2)连接CF,如图(2),求证:CF平分∠DCG;
(3)当=时,求sin∠CFE的值.
【分析】
(1)根据同角的余角相等得到一对角相等,再由一对直角相等,且AE=EF,利用AAS得到三角形ABE与三角形EFG全等,利用全等三角形的对应边相等即可得证;
(2)由(1)得到BC=AB=EG,利用等式的性质得到BE=CG,根据FG=BE,等量代价得到FG=CG,即三角形FCG为等腰直角三角形,得到∠FCG=45°,即可得证;
(3)如图,作CH⊥EF于H,则△EHC∽△EGF,利用相似得比例,根据BE与BC的比值,设出BE,EC,以及EG,FG,利用勾股定理表示出EF,CF,进而表示出HC,在直角三角形HC中,利用锐角三角函数定义即可求出sin∠CFE的值.
【解答】(1)证明:∵EP⊥AE,
∴∠AEB+∠GEF=90°,
又∵∠AEB+∠BAE=90°,
∴∠GEF=∠BAE,
又∵FG⊥BC,
∴∠ABE=∠EGF=90°,
在△ABE与△EGF中,
,
∴△ABE≌△EGF(AAS),
∴FG=BE;
(2)证明:由(1)知:BC=AB=EG,
∴BC﹣EC=EG﹣EC,
∴BE=CG,
又∵FG=BE,
∴FG=CG,
又∵∠CGF=90°,
∴∠FCG=45°=∠DCG,
∴CF平分∠DCG;
(3)解:如图,作CH⊥EF于H,
∵∠HEC=∠GEF,∠CHE=∠FGE=90°,
∴△EHC∽△EGF,
∴=,
根据=,设BE=3a,则EC=a,EG=4a,FG=CG=3a,
∴EF=5a,CF=3a,
∴=,HC=a,
∴sin∠CFE==.
【点评】此题属于四边形综合题,涉及的知识有:全等三角形的判定与性质,相似三角形的判定与性质,以及锐角三角函数定义,熟练掌握判定与性质是解本题的关键.
41.如图,已知在矩形ABCD中,AD=10,CD=5,点E从点D出发,沿线段DA以每秒1个单位长的速度向点A方向移动,同时点F从点C出发,沿射线CD方向以每秒2个单位长的速度移动,当B、E、F三点共线时,两点同时停止运动,此时BF⊥CE.设点E移动的时间为t(秒).
(1)求当t为何值时,两点同时停止运动;
(2)求当t为何值时,EC是∠BED的平分线;
(3)设四边形BCFE的面积为S,求S与t之间的函数关系式,并写出t的取值范围;
(4)求当t为何值时,△EFC是等腰三角形.(直接写出答案)
【分析】(1)B,E,F三点共线时,满足△FED∽△FBC,结合行程问题可以得出关于t的比例式,求出t的值;
(2)∠BEC=∠BFC.可以转化为∠BEC=∠BCE.即BE=BC.得出关于t的方程,求出值;
(3)求S与t之间的函数关系式,可以将四边形BCFE的面积分成S△BCE,S△ECF两部分,结合(1)确定t的取值范围;
(4)根据等腰三角形的性质,分EF=EC,EC=FC,EF=FC三种情况讨论.
【解答】解:(1)当B,E,F三点共线时,两点同时停止运动,如图所示.
由题意可知:ED=t,BC=10,FD=2t﹣5,FC=2t.
∵ED∥BC,
∴△FED∽△FBC.
∴=.
∴=.
解得t=5.
∴当t=5时,两点同时停止运动;
(2)在Rt△BCF和Rt△CDE中,
∵∠BCF=∠CDE=90°,==2,
∴Rt△BCF∽Rt△CDE.
∴∠BFC=∠CED.
∵AD∥BC,
∴∠BCE=∠CED.若∠BEC=∠BFC,则∠BEC=∠BCE.即BE=BC.
∵52+(10﹣t)2=102,
解得 t1=10+5(舍去),t2=10﹣5.
即当t=10﹣5时,EC是∠BED的平分线.
(3)分两种情况讨论:①当F在线段CD上时:S四边形BCFE=S梯形BCDE﹣S△EDF=
(t+10)×5﹣t(5﹣2t)=t2+25;
②当F在CD延长线上时:
S四边形BCFE=S梯形BCDE+S△EDF=(t+10)×5+t(2t﹣5)=t2+25;
∴S=t2+25(0≤t≤5);
(4)△EFC是等腰三角形有三种情况:
①若EF=EC时,则点F只能在CD的延长线上,
∵EF2=(2t﹣5)2+t2=5t2﹣20t+25,
EC2=52+t2=t2+25,
∴5t2﹣20t+25=t2+25.
∴t=5或t=0(舍去);
②若EC=FC时,
∵EC2=52+t2=t2+25,FC2=4t2,
∴t2+25=4t2.
∴t=;
③若EF=FC时,
∵EF2=(2t﹣5)2+t2=5t2﹣20t+25,FC2=4t2,
∴5t2﹣20t+25=4t2.
∴t1=10+5(舍去),t2=10﹣5.
∴当t的值为5,或10﹣5时,△EFC是等腰三角形.
【点评】
本题考查了四边形综合题.其中涉及到了勾股定理,相似三角形的判定与性质以及等腰三角形的性质.该题数形结合,综合性较强,将行程问题与矩形有机的整合,有一定的思维容量.
42.如图1,将矩形ABCD绕点A顺时针旋转至矩形B点正好落在CD上的点E处,连结BE.
(1)求证:∠BAE=2∠CBE;
(2)如图2,连BG交AE于M,点N为BE的中点,连MN、AF,试探究AF与MN的数量关系,并证明你的结论;
(3)若AB=5,BC=3,直接写出BG的长 2 .
【分析】(1)求出∠ABE=∠AEB,求出∠CBE+∠ABE=90°,∠BAE+2∠ABE=180°,即可求出答案;
(2)过B作BO⊥AE于O,连接EG,根据矩形性质得出EG=AF,求出BC=BO=AG,求出M为BG中点,根据三角形中位线求出即可;
(3)根据勾股定理求出DE,求出求出OM=DE=2,根据勾股定理求出BM,代入BG=2BM求出即可.
【解答】(1)证明:∵四边形ABCD是矩形,
∴∠C=∠CBA=90°,
∴∠CBE+∠ABE=90°,
∵将矩形ABCD绕点A顺时针旋转至矩形B点正好落在CD上的点E处,
∴BC=AG,∠EAG=90°,AE=AB,
∴∠ABE=∠AEB,
∵∠BAE+∠ABE+∠AEB=180°,
∴2∠ABE+∠BAE=180°,
∵∠CBE+∠ABE=90°,
∴2∠CBE+2∠ABE=180°,
∴∠BAE=2∠CBE.
(2)MN=AF,
证明:过B作BO⊥AE于O,连接EG,
∵四边形AEFG是矩形,
∴AF=EG,∠MAG=∠BOM=90°,
∵∠C=∠CBA=90°,
∴∠AEB=∠ABE=90°﹣∠CBE,∠CEB=90°﹣∠CBE,
∴∠CEB=∠OEB,
在△CBE和△OBE中
∴△CBE≌△OBE(AAS),
∴EC=OE,BO=BC=AD=AG,
在△BOM和△GAM中
,
∴△BOM≌△GAM(AAS),
∴BM=GM,
∵点N为BE的中点,
∴MN=EG,
∵EG=AF,
∴MN=AF.
(3)解:在Rt△DEA中,∠EDA=90°,AD=BC=3,AE=AB=5,由勾股定理得:DE=4,
∵△BOM≌△GAM,△CBE≌△OBE,
∴OM=AM,EC=EO,
∴OM=
=
=
=
=2,
在Rt△BOM中,由勾股定理得:BM===
∵BM=GM,
∴BG=+=2,
故答案为:2.
【点评】本题考查了勾股定理,矩形性质,旋转性质,全等三角形的性质和判定,三角形的中位线等知识点的应用,主要考查学生综合运行定理进行推理的能力,有一定的难度.
43.将一矩形纸片OABC放在直角坐标系中,O为原点,C在x轴上,OA=6,OC=10.
(1)如图(1),在OA上取一点E,将△EOC沿EC折叠,使O点落在AB边上的D点,求E点的坐标;
(2)如图(2),在OA、OC边上选取适当的点E′、F,将△E′OF沿E′F折叠,使O点落在AB边上D′点,过D′作D′G∥AO交E′F于T点,交OC于G点,求证:TG=AE′;
(3)在(2)的条件下,设T(x,y).①探求:y与x之间的函数关系式.②指出变量x的取值范围.
【分析】(1)先根据折叠的性质得出DC=OC=10,在Rt△BCD中,运用矩形的性质及勾股定理得出BD=8,然后在Rt△AED中,由勾股定理得OE2=22+(6﹣OE)2,解方程求出OE的长,进而求出点E的坐标;
(2)先由折叠的性质得出∠D′E′F=∠OE′F,由平行线的性质得出∠OE′F=∠D′TE′,则∠D′E′F=∠D′TE′,根据等角对等边得到D′T=D′E′=OE′,则TG=AE′;
(3)①由T(x,y),得出AD′=x,TG=AE′=y,D′T=D′E′=OE′=6﹣y,在Rt△AD′E′中,根据勾股定理得出AD′2+AE′2=D′E′2,即x2+y2=(6﹣y)2,整理可求出y与x的函数关系式;
②在(1)中给出的情况就是x的最小值的状况,可根据AD的长求出x的最小值,当x取最大值时,E′F平分∠OAB,即E′与A重合,四边形AOFD′为正方形,可据此求出此时x的值,有了x的最大和最小取值即可求出x的取值范围.
【解答】解:(1)如图(1),∵将△EOC沿EC折叠,使O点落在AB边上的D点,
∴DC=OC=10.
在Rt△BCD中,∵∠B=90°,BC=OA=6,DC=10,
∴BD==8.
在Rt△AED中,∵∠DAE=90°,AD=2,DE=OE,AE=6﹣OE,
∴DE2=AD2+AE2,即OE2=22+(6﹣OE)2,
解得 OE=,
∴E点的坐标为(0,);
(2)如图(2),∵将△E′OF沿E′F折叠,使O点落在AB边上D′点,
∴∠D′E′F=∠OE′F,D′E′=OE′,
∵D′G∥AO,
∴∠OE′F=∠D′TE′,
∴∠D′E′F=∠D′TE′,
∴D′T=D′E′=OE′,
∴TG=AE′;
(3)①∵T(x,y),
∴AD′=x,TG=AE′=y,D′T=D′E′=OE′=6﹣y.
在Rt△AD′E′中,∵∠D′AE′=90°,
∴AD′2+AE′2=D′E′2,即x2+y2=(6﹣y)2,
整理,得y=﹣x2+3;
②结合(1)可得AD′=OG=2时,x最小,从而x≥2,
当E′F恰好平分∠OAB时,AD′最大即x最大,
此时G点与F点重合,四边形AOFD′为正方形,即x最大为6,从而x≤6,
故变量x的取值范围是2≤x≤6.
【点评】本题考查了图形的翻折变换,矩形的性质,勾股定理,平行线的性质,等腰三角形的判定,函数解析式的求法等知识,综合性较强,难度适中,主要运用数形结合的思想方法.
44.如图,在梯形ABCD中,AD∥BC,∠B=90°,AD=16cm,AB=12cm,BC=21cm,动点P从点B出发,沿射线BC的方向以每秒2cm的速度运动,动点Q从点A出发,在线段AD上以每秒1cm的速度向点D运动,点P,Q分别从点B,A同时出发,当点Q运动到点D时,点P随之停止运动,设运动的时间为t(秒).
(1)当t为何值时,四边形PQDC是平行四边形.
(2)当t为何值时,以C,D,Q,P为顶点的梯形面积等于60cm2?
(3)是否存在点P,使△PQD是等腰三角形(不考虑QD=PD)?若存在,请求出所有满足要求的t的值,若不存在,请说明理由.
【分析】(1)由题意已知,AD∥BC,要使四边形PQDC是平行四边形,则只需要让QD=PC即可,因为Q、P点的速度已知,AD、BC的长度已知,要求时间,用时间=路程÷速度,即可求出时间;
(2)要使以C、D、Q、P为顶点的梯形面积等于60cm2,可以分为两种情况:点P、Q分别沿AD、BC运动或点P返回时,再利用梯形面积公式,即(QD+PC)×AB÷2=60,因为Q、P点的速度已知,AD、AB、BC的长度已知,用t可分别表示QD、BC的长,即可求得时间t;
(3)使△PQD是等腰三角形,可分三种情况,即PQ=PD、PQ=QD、QD=PD;可利用等腰三角形及直角梯形的性质,分别用t表达等腰三角形的两腰长,再利用两腰相等即可求得时间t.
【解答】解:(1)∵四边形PQDC是平行四边形,
∴DQ=CP,
当P从B运动到C时,如图(1):
∵DQ=AD﹣AQ=16﹣t,
CP=21﹣2t
∴16﹣t=21﹣2t
解得t=5
当P从C运动到B时,
∵DQ=AD﹣AQ=16﹣t,
CP=2t﹣21
∴16﹣t=2t﹣21,
解得t=,
∴当t=5或秒时,四边形PQDC是平行四边形;
(2)若点P、Q分别沿AD、BC运动时,如图(2):
,
即,
解得t=9;
若点P返回时,CP=2(t﹣),
则,
解得t=15.
故当t=9或15秒时,以C,D,Q,P为顶点的梯形面积等60cm2;
(3)当PQ=PD时,如图(3):
作PH⊥AD于H,则HQ=HD
∵QH=HD=QD=(16﹣t)
由AH=BP得2t=(16﹣t)+t,
解得t=秒;
当PQ=QD时QH=AH﹣AQ=BP﹣AQ=2t﹣t=t,QD=16﹣t,
∵QD2=PQ2=t2+122
∴(16﹣t)2=122+t2
解得t=(秒);
当QD=PD时DH=AD﹣AH=AD﹣BP=16﹣2t,
∵QD2=PD2=PH2+HD2=122+(16﹣2t)2
∴(16﹣t)2=122+(16﹣2t)2
即3t2﹣32t+144=0
∵△<0,
∴方程无实根,
综上可知,当t=秒或t=秒时,△PQD是等腰三角形.
【点评】本题主要考查了直角梯形的性质、平行四边形的性质、梯形的面积、等腰三角形的性质,特别应该注意要全面考虑各种情况,不要遗漏.
45.如图,在平面直角坐标系中,四边形OABC是矩形,其中点A在x轴的正半轴上,点B的坐标为(4,2),点D为对角线OB上一个动点(不包括端点),∠BCD的平分线交OB于点E.
(1)求线段OB所在直线的函数表达式,并写出CD的取值范围.
(2)当∠BCD的平分线经过点A时,求点D的坐标.
(3)点P是线段BC上的一个动点,求CD十DP的最小值.
【分析】(1)设线段OB所在直线的函数表达式为y=kx,把B(4,2)代入求出k即可解决问题.
(2)如图1中,延长CD交OA于点F,设AF=CF=m,则OF=4﹣m,由OF2+OC2=CF2,列出方程求出m,求出直线CF的解析式,解方程组即可解决问题.
(3)如图2中,作点C关于直线OB的对称点F,作FP⊥BC,交OB于D,垂足为P,则点P、D就是所求的点,此时DC+DP=DF+PD=FP最短,求出点F坐标即可解决问题.
【解答】解:(1)设线段OB所在直线的函数表达式为y=kx,
把B(4,2)代入,得2=4k,解得k=,
∴线段OB所在直线的函数表达式为y=x.
CD的范围:≤CD<4.
(2)如图1中,延长CD交OA于点F,
∵∠ACF=∠ACB=∠CAF,
∴AF=CF,设AF=CF=m,则OF=4﹣m,
∵OF2+OC2=CF2,
∴(4﹣m)2+22=m2,解得m=,
∴OF=
∴直线CF的解析式为y=﹣x+2,
由解得,
∴点D坐标(,).
(3)如图2中,作点C关于直线OB的对称点F,作FP⊥BC,交OB于D,垂足为P,则点P、D就是所求的点,此时DC+DP=DF+PD=FP最短(垂线段最短).
∵直线OB的解析式为y=x,CF⊥OB,
∴可以设直线CF的解析式为y=﹣2x+b,把C(0,2)代入得b=2,
∴直线CF解析式为y=﹣2x+2,设直线CF交OB于点E,
由解得,
∴点E坐标(,),
∵C、F关于点E对称,
∴点F坐标(,﹣),
∴CD+PD最小值=PF=2+=.
【点评】本题考查四边形综合题、一次函数、矩形的性质、待定系数法勾股定理、最小值问题等知识,解题的关键是学会构建函数,利用方程组求交点坐标,想到利用垂线段最短解决最小值问题,属于中考压轴题.
46.如图,在四边形ABCD中,∠A=90°,AD∥BC,E为AB的中点,连接CE,BD,过点E作FE⊥CE于点E,交AD于点F,连接CF,已知2AD=AB=BC.
(1)求证:CE=BD;
(2)若AB=4,求AF的长度;
(3)求sin∠EFC的值.
【分析】(1)由E为AB的中点,得到AB=2BE,等量代换得到BE=AD,推出△ABD≌△BCE,根据全等三角形的性质即可得到结论;
(2)根据已知条件得到AE=BE=2,BC=4,根据余角的性质得到∠AFE=∠BEC,根据相似三角形的性质即可得到结论;
(3)根据相似三角形的性质得到AF=AE,设AF=k,则AE=BE=2k,BC=4k,根据勾股定理得到EF=k,CE=2k,CF=5k,由三角函数的定义即可得到结论.
【解答】解:(1)∵E为AB的中点,
∴AB=2BE,
∵AB=2AD,
∴BE=AD,
∵∠A=90°,AD∥BC,
∴∠ABC=90°,
在△ABD与△BCE中,,
∴△ABD≌△BCE,
∴CE=BD;
(2)∵AB=4,
∴AE=BE=2,BC=4,
∵FE⊥CE,
∴∠FEC=90°,
∴∠AEF+∠AFE=∠AEF+∠BEC=90°,
∴∠AFE=∠BEC,
∴△AEF∽△BCE,
∴,
∴AF=1;
(3)∵△AEF∽△BCE,
∴,
∴AF=AE,
设AF=k,则AE=BE=2k,BC=4k,
∴EF==k,
CE==2k,
∴CF==5k,
∴sin∠EFC==.
【点评】本题考查了全等三角形的判定和性质,相似三角形的判定和性质,勾股定理,平行线的性质,熟练掌握全等三角形的判定和性质是解题的关键.
47.如图①
,在长方形ABCD中,AB=DC=3cm,BC=5cm,点P从点B出发,以1cm/s的速度沿BC向点C运动,设点P的运动时间为ts.
(1)PC= (5﹣t) cm.(用含t的代数式表示);
(2)当t为何值时,△ABP≌△DCP,请说明理由;
(3)如图②,当点P从点B开始运动时,点Q从点C出发,以acm/s的速度沿CD向点D运动,是否存在这样a的值,使得△ABP与△PCQ全等?若存在,请求出a的值,若不存在,请说明理由.
【分析】(1)根据题意求出BP,计算即可;
(2)根据全等三角形的判定定理解答;
(3)分△ABP≌△QCP和△ABP≌△PCQ两种情况,根据全等三角形的性质解答.
【解答】解:(1)∵点P的速度是1cm/s,
∴ts后BP=tcm,
∴PC=BC﹣BP=(5﹣t)cm,
故答案为:5﹣t;
(2)当t=2.5时,△ABP≌△DCP,
∵当t=2.5时,BP=CP=2.5,
在△ABP和△DCP中,
,
∴△ABP≌△DCP;
(3)∵∠B=∠C=90°,
∴当AB=PC,BP=CQ时,△ABP≌△PCQ,
∴5﹣t=3,t=at,
解得,t=2,a=1,
当AB=QC,BP=CP时,△ABP≌△QCP,
此时,点P为BC的中点,点Q与点D重合,
∴t=2.5,at=3,
解得,a=1.2,
综上所述,当a=1或a=1.2时,△ABP与△PCQ全等.
【点评】本题考查的是矩形的性质、全等三角形的判定和性质,掌握矩形的对边相等、四个角都是直角以及全等三角形的判定定理和性质定理、灵活运用分情况讨论思想是解题的关键.
48.如图,在平面直角坐标系中,四边形ABCD是平行四边形,AD=6,若OA、OB的长是关于x的一元二次方程x2﹣7x+12=0的两个根,且OA>OB.
(1)求OA、OB的长.
(2)若点E为x轴上的点,且S△AOE=,试判断△AOE与△AOD是否相似?并说明理由.
(3)在直线AB上是否存在点F,使以A、C、F为顶点的三角形是等腰三角形?如果存在,请直接写出点F的坐标.
【分析】(1)利用因式分解法解一元二次方程即可;
(2)利用三角形的面积求出OE,然后求出两个三角形夹直角的两边的比,再根据相似三角形的判定方法判定即可;
(3)根据平行四边形的对边相等求出BC,再求出OC,然后利用勾股定理列式求出AC的长,再求出直线AB的解析式为y=x+4,设出点F的坐标,然利用勾股定理列式求出AF2、CF2,再分三种情况列出方程求解即可.
【解答】解:(1)x2﹣7x+12=0,
因式分解得,(x﹣3)(x﹣4)=0,
由此得,x﹣3=0,x﹣4=0,
所以,x1=3,x2=4,
∵OA>OB,
∴OA=4,OB=3;
(2)S△AOE=×4•OE=,
解得OE=,
∵==,==,
∴=,
又∵∠AEO=∠OAD=90°,
∴△AOE∽△AOD;
(3)∵四边形ABCD是平行四边形,AD=6,
∴BC=AD=6,
∵OB=3,
∴OC=6﹣3=3,
由勾股定理得,AC===5,
易求直线AB的解析式为y=x+4,
设点F的坐标为(a,a+4),
则AF2=a2+(a+4﹣4)2=a2,
CF2=(a﹣3)2+(a+4)2=a2+a+25,
①若AF=AC,则a2=25,解得a=±3,
a=3时,a+4=×3+4=8,
a=﹣3时,a+4=×(﹣3)+4=0,
所以,点F的坐标为(3,8)或(﹣3,0);
②若CF=AC,则a2+a+25=25,
整理得,25a2+42a=0,
解得a=0(舍去),a=﹣,
a+4=×(﹣)+4=,
所以,点F的坐标为(﹣,),
③若AF=CF,则a2=a2+a+25,
解得a=﹣,
a+4=×(﹣)+4=﹣,
所以,点F的坐标为(﹣,﹣),
综上所述,点F的坐标为(3,8)或(﹣3,0)或(﹣,)或(﹣,﹣)时,以A、C、F为顶点的三角形是等腰三角形.
【点评】本题是四边形综合题型,主要利用了解一元二次方程,三角形的面积,相似三角形的判定与性质,等腰三角形的性质,难点在于(3)分情况讨论,利用勾股定理表示出△ACF的三条边求解更简便.
49.如图,已知四边形ABCD中,AB∥DC,AB=DC,且AB=6cm,BC=8cm,对角线AC=l0cm.
(1)求证:四边形ABCD是矩形;
(2)如图(2),若动点Q从点C出发,在CA边上以每秒5cm的速度向点A匀速运动,同时动点P从点B出发,在BC边上以每秒4cm的速度向点C匀速运动,运动时间为t秒(0≤t<2),连接BQ、AP,若AP⊥BQ,求t的值;
(3)如图(3),若点Q在对角线AC上,CQ=4cm,动点P从B点出发,以每秒1cm的速度沿BC运动至点C止.设点P运动了t 秒,请你探索:从运动开始,经过多少时间,以点Q、P、C为顶点的三角形是等腰三角形?请求出所有可能的结果.
【分析】(1)先判定四边形ABCD是平行四边形,再根据∠B=90°,得出四边形ABCD是矩形;
(2)先过Q作QM⊥BC于M点,AP与BQ交于点N,判定△ABP∽△BMQ,得出=,即=,求得t的值即可;
(3)分为三种情况讨论:当CQ=CP=4cm时,当PQ=CQ=4cm时,当QP=CP时,分别根据等腰三角形的性质,求得BP的长,进而得到t的值.
【解答】(1)证明:∵AB∥CD,AB=DC,
∴四边形ABCD是平行四边形,
∵AB=6cm,BC=8cm,AC=10cm,
∴AB2+BC2=100,AC2=100,
∴AB2+BC2=AC2,
∴∠B=90°,
∴四边形ABCD是矩形;
(2)如图,过Q作QM⊥BC于M点,AP与BQ交于点N,则
CQ=5t,QM=3t,CM=4t,MB=8﹣4t,
∵∠NAB+∠ABN=90°,∠ABN+∠NBP=90°,
∴∠NAB=∠NBP,且∠ABP=∠BMQ=90°,
∴△ABP∽△BMQ,
∴=,即=,
解得t=;
(3)分为三种情况:
①如图1所示,当CQ=CP=4cm时,BP=8﹣4=4cm,
∴t=4秒;
②如图2所示,当PQ=CQ=4cm时,过Q作QM⊥BC于M,则
AB∥QM,
∴=,即=,
解得CM=3.2(cm),
∵PQ=CQ,QM⊥CP,
∴PC=2CM=6.4cm,
∴BP=8﹣6.4=1.6cm,
∴t=1.6秒;
③如图3所示,当QP=CP时,过P作PN⊥AC于N,则
CN=CQ=2,∠CNP=∠B=90°,
∵∠PCN=∠BCA,
∴△PCN∽△ACB,
∴=,即=,
∴CP=2.5cm,
∴BP=8﹣2.5=5.5cm,
∴t=5.5秒.
综上所述,从运动开始,经过4秒或1.6秒或5.5秒时,以点Q、P、C为顶点的三角形是等腰三角形.
【点评】本题以动点问题为背景,主要考查了四边形的综合应用,解决问题时需要运用矩形的判定、勾股定理的逆定理、相似三角形的判定与性质以及等腰三角形的性质等,解决问题的关键是作辅助线构造相似三角形,解题时注意分类思想的运用.
50.如图,点E为正方形ABCD的边BC所在直线上的一点,连接AE,过点C作CF⊥AE于F,连接BF.
(1)如图1,当点E在CB的延长线上,且AC=EC时,求证:BF=;
(2)如图2,当点E在线段BC上,且AE平分∠BAC时,求证:AB+BE=AC;
(3)如图3,当点E继续往右运动到BC中点时,过点D作DH⊥AE于H,连接BH.求证:∠BHF=45°.
【分析】(1)根据等腰三角形的性质和直角三角形斜边中线的性质即可证得结论;
(2)作EG⊥AC于G,根据角平分线的性质得出BE=EG,进而通过RT△ABE≌RT△AGE得出AG=AB,然后证得△EGC是等腰直角三角形,从而证得EG=GC,即可证得AB+BE=AC;
(3)设正方形的边长为1,则AB=AD=1,BE=EC=,根据勾股定理求得AE=,然后通过证得△AEB∽△CEF,△ADH∽△EAB,对应边成比例证得CF=AH=,然后根据SAS证得△ABH≌△CBF,证得BH=BF,∠ABH=∠CBF,从而证得△HBF是等腰直角三角形,从而证得∠BHF=45°.
【解答】(1)证明:如图1,∵AC=EC,CF⊥AE,
∴AF=EF,
∴BF是RT△ABE的斜边的中线,
∴BF=AE;
(2)如图2,作EG⊥AC于G,
∵AE平分∠BAC,AB⊥BE,
∴BE=EG,
在RT△ABE和RT△AGE中
,
∴RT△ABE≌RT△AGE(HL),
∴AG=AB,
∵四边形ABCD是正方形,
∴∠ACB=45°,
∴∠GEC=45°,
∴∠GEC=∠ACB=45°,
∴EG=GC,
∴AB+BE=AG+GC,
即AB+BE=AC;
(3)如图3,设正方形的边长为1,则AB=AD=1,
∵点E是BC中点,
∴BE=EC=,
∴AE==,
∵∠ABE=∠CFE=90°,∠AEB=∠CEF,
∴△AEB∽△CEF,
∴=,即=,
∴CF=,
∵AD∥BC,
∴∠DAH=∠AEB,
∵∠AHD=∠BEA=90°,
∴△ADH∽△EAB,
∴=,即=,
∴AH=,
∴CF=AH,
在△ABH和△CBF中
∴△ABH≌△CBF(SAS),
∴BH=BF,∠ABH=∠CBF,
∵∠ABH+∠HBE=∠ABE=90°,
∴∠HBF=90°,
∴△HBF是等腰直角三角形,
∴∠BHF=45°.
【点评】本题考查了正方形的性质,等腰三角形的判定和性质,角平分线的性质,直角三角形斜边中线的性质,三角形相似的判定和性质,三角形全等的判定和性质,勾股定理的应用等,熟练掌握性质定理是解题的关键.