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- 2021-05-11 发布
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几何变换之翻折探究
思考与解决几何图形的问题,主要是借助基本图形的性质(定义,定理等)和图形之间的关系.许多基本图形的性质都源于这个图形本身的“变换特征”,而最为重要和最为常用的图形关系“全等三角形”很多的情况也是同样具有“变换”形式的联系.本来两个三角形全等是指它们的形状和大小都一样,和相互间的位置没有直接关系,但是,在同一个问题中涉及到的两个全等三角形,绝大多数都有一定的位置关系,或成轴对称关系,或成平移关系,或成旋转的关系(包括中心对称).这样,在解决具体的几何图形问题时,图形本身所显示或暗示的“变换特征”,对我们识别出、构造出基本图形和图形关系(如全等三角形),有着极为重要的启发和引导的作用.
图形的翻折问题本质上是轴对称问题,满足轴对称的性质,即:
1. 折叠图形关于折痕对称
2. 对应边、角相等
3. 对应点的连线被折痕垂直平分
我们解决翻折问题一般也是从以上性质出发解决的. 先讲翻折题的三种常见方法
【题目】(16 年秋锡山区期中)如图,在平面直角坐标系中,矩形 ABCO 的边 OA 在 x 轴上,边 OC 在 y 轴上,点 B 的坐标为(1,3),将矩形沿对角线 AC 翻折,点 B 落在点 D的位置,且 AD 交 y 轴于点 E,那么点 D 的坐标为 .
法一:求.定.点.关.于.定.直.线.的.对.称.点.(万能方法)
如答图 1,连 BD,交 AC 于 G,则△ABC∽△AGB∽△BFD,
∴BD=2BG=AB· 1 ·2=3× 1
×2= 6 ,DF=BD· 1 = 1
10
× 6 =3,BF=3DF=9,
10 10
10 10
10 5 5
∴D(-4,12)
5 5
法二:由.直.角.翻.折.主.动.寻.求.K.型.相.似.(特殊技巧)
如答图 1,由∠ADC=90°⟹△ADN∽△DCF,相似比为 3:1, 设 ON=CF=x,则 DN=3x,DF=3-3x,
由 AN=3DF 得 x+1=3(3-3x),解得 x=4,∴D(-4,12)
5 5 5
法三:由.翻.折.主.动.寻.求.等.腰.三.角.形.(特殊技巧) 如答图 2,延长 CD 交 x 轴于 H,可得 CH=AH, 设 DH=y,则 AH=y,
在 Rt△ADH 中用勾股定理可得 y=4
易得 DM=12,∴D(-4,12)
5 5 5
法四:由.翻.折.主.动.寻.求.等.腰.三.角.形.(特殊技巧)
如答图 2,设 CE=AE=a,则 OE=3-a,在 Rt△AOE
中用勾股定理可得 a=5,
3
由比例关系可得 OM=4,∴D(-4,12)
5 5 5
【例题剖析】
题型一:利用对应边相等,对应角相等
例 1-1、(2019 年无锡)10.如图,Rt△ABC 中,∠ACB=90º,AC=3,BC=4,将边
AC 沿 CE 翻折,使点 A 落在 AB 上的点 D 处;再将边 BC 沿 CF 翻折,使点 B 落在 CD 的延长线上的点 B′处,两条折痕与斜边 AB 分别交于点 E、F,则线段 B′F 的长为( )
A 3 4 2 3
. B. C.
5 3
D. 2
【解答】选 B
〖点评〗本题的关键点在于发现并证明∠B′FB 是直角,由翻折可知∠A=∠ADC=∠B′DF,
∠A+∠B=90°
又∠B=∠B′========‹∠B′FB 是直角⟹△B′DF 是“345”的三角形
又由翻折可知 B′C=BC=4,CD=AC=3,
例 1-2、(18 年 4 月锡山区二模)17.如图,在△ABC 中,∠ACB=90°,点 D,E 分别在
AC,BC 上,且∠CDE=∠B,将△CDE 沿 DE 折叠,点 C 恰好落在 AB 边上的点 F 处.若
AC=8,AB=10,则 CD 的长为 .
【解答】CD=25
8
答图 1 答图 2
母子三角形
〖点评〗本题的关键点在于发现并证明 F 是 AB 的中点,如答图,由翻折⟹CF⊥DE===== ‹
∠1=∠B
直角三角形斜边上的中线定理的逆命题
∠1=∠2====‹∠2=∠B⟹CF=BF====================== ‹F 是 AB 中点
本题也可以根据 90 度翻折构造 K 型相似来解决,如答图 2
〖针对练习〗
1、(18 年 4 月宜兴一模)16.如图,在矩形 ABCD 中,AB=4,BC=6,E 是 BC 的中点, 连结 AE,将△ABE 沿 AE 折叠,点 B 落在点 F 处,连结 CF,则 sin∠EFC= .
【解答】4
5
题型二:利用(或构造)等腰三角形
例 2-1、(18 年 4 月宜兴一模)10.一张矩形纸片 ABCD,其中 AD=8 cm,AB=6 cm, 先沿对角线 BD 对折,点 C 落在点 C′的位置,BC′交 AD 于点 G(图 1);再折叠一次,使点 D 与点 A 重合,得折痕 EN,EN 交 AD 于点 M(图 2),则 EM 的长为( )
A.2 B.3
2
C. 2 D.7
6
【解答】选 D
〖点评〗本题的关键点在于发现并利用△DEN 是等腰三角形,由翻折⟹∠CDB=∠EDB,
作高EH
EN 是折痕⟹EN∥CD⟹∠END=∠BDC⟹∠END=∠EDN⟹EN=ED=== ‹△DEN 是
“556”的三角形
例 2-2、(12 年南长区一模)已知正方形 ABCD 的边长为 6cm,点 E 是射线 BC 上的一个动点,连接 AE 交射线 DC 于点 F,将△ABE 沿直线 AE 翻折,点 B 落在点 B′处.
(1) 当BE=1 时,CF= cm;
CE
(2) 当BE=2 时,求 sin∠DAB′的值;
CE
(3) 略
【解答】当 E 点在 BC 边上时,sin∠DAB′= 5 ,当 E 点在 BC 的延长线上时,sin∠DAB′
13
=3,
5
〖点评〗本题三种方法都可以,
方法一:如答图 1,构造等腰三角形 AGF,再由勾股定理得到方程 x2+62=(9-x)2 解得
x=5,所以 sin∠DAB′= 5
2 13
方法二:如答图 2,△ABE∽△AHB∽△B′GB,三边之比都为 2:3: 13,
∴BH= 3 BE= 3 ×4= 12
⟹BB′=2BH= 24 ⟹BG= 2 BB′=48 ⟹AG=30 ⟹sin∠
13 13 13
DAB′= 5
13
13 13 13 13
方法三:如答图 3,构造相似三角形△AB′F∽△B′EG,且相似比为 3:2,可得方程组
3x+2y=6
,解得
x=10
13,所以 sin∠DAB′= 5
3x 2+ 3y 2=36
y=24 13
13
另一种情况类似,参考答图 4
答图 1 答图 2 答图 3
答图 4
例 2-3、(17 年滨湖二模)18.如图,在 Rt△ABC 中,∠C=90°,AC=3 cm,BC=4 cm, 点 E 从 C 点出发向终点 B 运动,速度为 1 cm/秒,运动时间为 t 秒,作 EF∥AB,点 P 是点 C 关于 EF 的对称点,连结 AP,当△AFP 恰好是直角三角形时,t 的值为 .
【解答】t=25或7
8 8
答图 1 答图 2
〖点评〗本题的关键点在于 CP 与折痕 EF 垂直,也即与 AB 垂直,在∠APE=90°时,可得等腰三角形 ABE。
首先∠AFP 不可能是直角,否则易得∠CFE=45°,与题意不符;
如果∠FAP=90°,则 AP∥BC⟹CP=5AC=15 ⟹CE=CP·1·5=25
4 4 2 3 8
∠F‸E=∠FEC=∠B
如果∠APE=90°,则 A、P、E 三点共线⟹∠FEP=∠BAE===========‹∠BAE=∠
B⟹AE=BE⟹32+t2=(4-t)2⟹t=7
8
题型三:利用(或构造)“K”字形相似
例 3-1、探究与应用:在学习几何时,我们可以通过分离和构造基本图形,将几何“模块”
化.例如在相似三角形中,K 字形是非常重要的基本图形,可以建立如下的“模块”(如图1):
(1) 请就图 1 证明上述“模块”的合理性;
(2) 请直.接.利.用.上述“模块”的结论解决下面两个问题:
①如图 2,已知点 A(-2,1),点 B 在直线 y=-2x+3 上运动,若∠AOB=90°,求此时点 B 的坐标;
②如图 3,过点 A(-2,1)作 x 轴与 y 轴的平行线,交直线 y=-2x+3 于点 C、D,求点 A 关于直线 CD 的对称点 E 的坐标.
【解答】(1)略;(2)①B(3,3);
4 2
②过点 E 作 EN⊥AC 的延长线于点 N,过点 D 作 DM⊥NE 的延长线于点 M,
∵A(-2,1),
∴C 点的纵坐标为 1,D 点的横坐标为-2,
∴C(x,1),D(-2,y),
∴1=-2x+3,y=-2×(-2)+3,
∴x=1,y=7,
∴C(1,1),D(-2,7).设 E(x,y),
∴DM=x+2,ME=7-y,CN=x-1,EN=y-1, 由对称可知:DE=AD=6,CE=AC=3
∵∠M=∠N=∠DEC=90°,
∴△DME∽△ENC,
∴DM = ME =DE,
EN CN CE
∴x+2 = 2 =x 香 1,
y香1 7香y 2
∴解得:
x=14
5
y=17
5
∴B(14,17)
5 5
例 3-2、(14 外国语一模,18)如图,将等边△ABC 折叠,使点 B 落在边 AC 上,对应点
为 D,设折痕为 MN,如果CD = 3,则BM的值为 .
DA 2 BN
【解答】BM = 8
BN 7
〖点评〗方法一:如答图 1,根据翻折,得到∠MDN=60°⟹△ADN∽△CMD⟹ DM =
DN
CD+DM+MC =CD+BM+MC =CD+BC =8
AD+DN+NA AD+BN+NA AD+AB 7
方法二:如答图 2,分别边 D 点作 DF⊥BC 于 F 点,作 DE⊥AB 于 E 点, 则设 AD=4,CD=6,则 CF=3,DF=3 3,AE=2,DE=2 3,
x2= 7 香x 2+ 3 3 2
再设 BM=x,BN=y,则有
y2=
8 香 y 2+ 2 3 2
x=38
解得 7
y=19
4
∴DM = 8
DN 7
答图 1 答图 2
〖针对练习〗
1、(2019 河南)如图,已知 AD∥BC,AB⊥BC,AB=3,点 E 为射线 BC 上的一个动点, 连接 AE,将△ABE 沿 AE 折叠,点 B 落在点 B′处,过点 B′作 AD 的垂线,分别交 AD、BC 于点 M、N,当点 B′为线段 MN 的三等分点时,BE 的长为 .
【答案】322或355
题型四:利用相似算对称点
例 4-1、(11 年东林,26)如图 1,直线 y=-3x+3 与 x 轴、y 轴交于 A、B 两点,C 点为
4
线段 AO 上一点,一动点 P 在 x 轴上.
(1) 当 P 点运动到与原点 O 重合时,P 点关于直线 BC 的对称点恰好落在直线 AB 上,求此时 PC 的长;
(2) 如图 2,若 C 点为线段 AO 的中点,问:P 点运动到何处,点 P 关于直线 BC 的对称点落在直线 AB 上?
【解答】(1)方法较多,PC=3
2
(2)C(2,0),△AOB 三边之比为 2:3: 设 P(t,0),则 CP=2-t,
由△AOB∽△PHD∽△PECàDH= 2 PD= 2 ·2PE= 2
·2· 3 PC=12(2-t)=24香12晦,
13 13
PH=3DH=18(2-t)àOH=36香5晦,
13 13 13 13
2 13 13
∴D(36香5晦,24香12晦),代入 y=-3x+3 可得 t=16
13 13 4 21
例 4-2、(2019 无锡,27)如图,已知□ABCD 的三个顶点 A(n,0)、B(m,0)、D(0,
2n)(m>n>0),作□ABCD 关于直线 AD 的对称图形 AB1C1D.
(1) 若 m=3,试求四边形 CC1B1B 的面积 S 的最大值;
(2) 若点 B1 恰好落在 y 轴上,试求n 的值.
m
【解答】(1)如图 1,
∵□ABCD 与四边形 AB1C1D 关于直线 AD 对称,
∴四边形 AB1C1D 是平行四边形,CC1⊥EF,BB1⊥EF,
∴BC∥AD∥B1C1,CC1∥BB1,
∴四边形 BCEF、B1C1EF 是平行四边形,
∴S□BCEF=S□BCDA=S□B1C1DA=S□B1C1EF,
∴S□BCC1B1=2S□BCDA.
∵A(n,0)、B(m,0)、D(0,2n)、m=3,
∴AB=m-n=3-n,OD=2n,
∴S BCDA=AB•OD=(3-n)•2n=-2(n2-3n)=-2(n-3)2+9,
∴S =2S
2 2
=-4(n-3)2+9.
□BCC1B1
□BCDA 2
∵-4<0,∴当 n=3时,S 最大值为 9;
2 □BCC1B1
(2)当点 B1 恰好落在 y 轴上,如图 2,
∵DF⊥BB1,DB1⊥OB,
∴∠B1DF+∠DB1F=90°,∠B1BO+∠OB1B=90°,
∴∠B1DF=∠OBB1.
∵∠DOA=∠BOB1=90°,
∴△AOD∽△B1OB,
∴OA = OB1,
OD OB
∴ n = OB1,
2n m
∴OB1=m.
2
由轴对称的性质可得 AB1=AB=m-n.
在 Rt△AOB1 中,
n2+(m)2=(m-n)2,
2
整理得 3m2-8mn=0.
∵m>0,∴3m-8n=0,
∴n = 3.
m 8
〖针对练习〗
1、(18 年滨湖区一模)28.如图,在 Rt△ABC 中,∠ACB=90°,BC=3,AC=4,G 是边 AB 的中点,平行于 AB 的动直线 l 分别交△ABC 的边 CA、CB 于点 M、N,设 CM
=m.
(1) 当 m=1 时,求△MNG 的面积;
(2) 若点 G 关于直线 l 的对称点为点 G′,请求出点 G′恰好落在△ABC 的内部(不含边界)时,m 的取值范围;
(3) 略
【解答】(1)9;(2)7<t<4
4 8
题型五:翻折形成辅助圆
例 5-1、如图,在边长为 2 的菱形 ABCD 中,∠A=60°,M 是 AD 边的中点,N 是 AB 边上一动 A 点,将△AMN 沿 MN 所在的直线翻折得到△A'MN,连接 A'C,则 A'C 长度的最小值是 .
【答案】 7-1,
〖点评〗本题的关键点在于根据翻折判断出点 A′的轨迹是以 M 为圆心,MA 为半径的圆弧,最后利用圆外一点到圆上的最短距离找到最小值
例 5-2、(2019 无锡)28.如图,已知矩形 ABCD 中,AB=4,AD=m,动点 P 从点 D 出发,在边 DA 上以每秒 1 个单位的速度向点 A 运动.连结 CP,作点 D 关于直线 PC 的对称点 E.设点 P 的运动时间为 t(s).
(1) 若 m=6,求当 P、E、B 三点在同一直线上时对应的 t 的值;
(2) 已知 m 满足:在动点 P 从点 D 到点 A 的整个运动过程中,有且只有一个时刻 t,使点 E 到直线 BC 的距离等于 3,求所有这样的 m 的取值范围.
【解析】由翻折⟹点 E 在以 C 为圆心,CD 为半径的圆上
(1) 点 E 的确定
当 P、E、B 三点共线时,由∠PEC=90°à∠BEC=90°à点 E 又在以 BC 为直径的圆上⟹ 点 E 是两圆交点,
易得△BEC≌△PAB⟹BP=BC=6 而 BE= 62 香 42=2 5
∴t=PD=PE=6-2 5
也可以利用翻折得到∠DPC=∠EPC,结合∠DPC=∠PCB⟹∠EPC=∠PCB⟹BP=BC=
6
(2) 点 E 的确定
点 E 到直线 BC 的距离等于 3,点 E 又在以 C 为圆心,CD 为半径的圆上à点 E 只能有图中两种情况,然后由点 E 的位置反推出点 P 的两个极限位置即可
由△P2DC∽△DHE2⟹ D‸2 = DH
⟹ D‸2 = 7
⟹DP2=4 7,若 DP2>DA,则 E2 要舍去,
CD
只存在唯一的 E 点;
E2H 4 7
由△P1DC∽△DFE1⟹ D‸1 = DF
⟹ D‸1 = 1
⟹DP1=4 7,若 DP1>DA,则 E1 和 E2 都要舍
去,不存在 E 点
CD E1F 4 7 7
∴P 点应在 P1P2 之间,477≤m<4 7
例 5-3、(16 年滨湖区一模)27.如图 1,∠AOB=45°,点 P、Q 分别是边 OA、OB 上的两点,且 OP=2cm.将∠O 沿 PO 折叠,点 O 落在平面内点 C 处.
(1) ①当 PC∥QB 时,OQ= ;
②当 PC⊥QB 时,求 OQ 的长.
(2) 当折叠后重叠部分为等腰三角形时,求 OQ 的长.
【解答】(1)2;
(2)2 2+2,2 2-2;
(3) 符合条件的点 Q 共有 5 个.
①当点 C 在∠AOB 内部或一边上时,OQ=2, 2,2 2
②当点 C 在∠AOB 的外部时,OQ= 6+ 2, 6- 2
〖点评〗本题的关键点在于根据翻折判断出点 C 的轨迹是以 P 为圆心,OP 为半径的圆, 难点在于分类要全面
〖针对练习〗
1、(2019 宿迁)26.如图,在矩形纸片 ABCD 中,已知 AB=1,BC= 3,点 E 在边 CD 上移动,连接 AE,将多边形 ABCE 沿直线 AE 翻折,得到多边形 AB′C′E,点 B、C 的对应点分别为点 B′、C′.
(1) 当 B′C′恰好经过点 D 时(如图 1),求线段 CE 的长;
(2) 若 B′C′分别交边 AD,CD 于点 F,G,且∠DAE=22.5°(如图 2),求△DFG 的面积;
(3) 在点 E 从点 C 移动到点 D 的过程中,求点 C′运动的路径长.
【解答】(1)CE= 6-2;(2)5 香 6;(3)2 n
2 3
题型六:翻折的构造
例 6-1、如图,已知∠MAN=45°,AH⊥MN 于点 H,且 MH=2,NH=3,求 AH 的长.
【解答】方法一:根据定长对定角作辅助圆; 方法二:折叠,
如答图,作两次轴对称得到正方形 ABCD,即而可得 AH=6,
例 6-2、如图,△ABC 中,∠ACB=90°,AC=BC,D 是△ABC 内一点,且 AD=AC,
BD=CD,则∠ADB 的度数为( )
A.135° B.120° C.150° D.140°
【解答】选 A,
如答图,补成完整的正方形,显然∠ADB=135°
例 6-3、(18 年 4 月宜兴一模)9.如图,Rt△ABC 中,∠CAB=90°,在斜边 CB 上取两点 M、N(不包含 C、B 两点),且 tanB=tanC=tan∠MAN=1.设 MN=x,BM=n,CN=
m,则以下结论不可能成立的是( )
A.m=n B.x=m+n C.x<m+n D.x2=m2+n2
【解答】选 D,
方法一,构造旋转,如答图 1; 方法二,构造折叠,如答图 2;
题型七:综合型
例 7-1、(14 年江南中学,10,03 年天津)如图,在△ABC 中,已知 AB=2a,∠A=30°,
CD 是 AB 边的中线,若将△ABC 沿 CD 对折起来,折叠后两个小△ACD 与△B′CD 重叠
部分的面积恰好等于折叠前△ABC 的面积的1,有如下结论:①BC 的边长可以等于 a;②
4
折叠前的△ABC 的面积可以等于 3 2;③折叠前的△ABC 的面积可以等于 3 2;④折叠
2 a 3 a
后,以 A、B′为端点的线段与中线 CD 一定平行且相等,其中正确的结论是( )
A.①③ B.①②④ C.①③④ D.①②③④
解:如图,设 B′D 与 AC 相交于 O,
∵CD 是 AB 边的中线,
∴S ACD=S BCD=1S ABC,
△ △ 2 △
∵重叠部分的面积恰好等于折叠前△ABC 的面积的1,
4
∴点 O 是 AC、B′D 的中点,
∴四边形 ADCB′是平行四边形,
∴AB′∥CD,B′C∥AD,B′C=AD,故④正确;
∴B′C∥BD,B′C=BD,
∴四边形 BCB′D 是平行四边形, 由翻折变换的性质得,BC=B′C,
∴平行四边形 BCB′D 是菱形,
∴BC=BD=1AB=1×2a=a,故①正确;
2 2
若 S△ABC= 3a2,
2
∵四边形 AB′CD 为平行四边形,
∴S COD=1S ACD=1S ABC,满足条件,即 S ABC
△ 2 △ 4 △ △
的值可以等于 3a2,故②正确,
2
假设折叠前的△ABC 的面积可以等于 3a2,设点
3
C 到 AB 的距离为 h,
则1×2ah= 3a2,解得 h= 3a, 3a2÷tan30°= 3a÷ 3=a,
2 3 3 3 3 3
∴垂足为 AB 的中点 D,
∴翻折后点 A、B 重合,不符合题意,
∴假设不成立,则③错误.
综上所述,正确的结论有①②④.
故选:B.
课后练习
1、如图,矩形 ABCD 中,AD=5,AB=8,点 E 为 DC 上一个动点,把△ADE 沿 AE 折叠, 若点 D 的对应点 D′,连接 D′B,以下结论中:
①D′B 的最小值为 3;
②当 DE=5时,△ABD′是等腰三角形;
2
③当 DE=2 时,△ABD′是直角三角形;
④△ABD′不可能是等腰直角三角形;
其中正确的有 .(填上你认为正确结论的序号)
【解答】①②④
2、如图,在一张矩形纸片 ABCD 中,AB=4,BC=8,点 E、F 分别在 AD、BC 上,将纸片 ABCD 沿直线 EF 折叠,点 C 落在 AD 上的一点 H 处,点 D 落在点 G 处,有以下四个结论:①四边形 CFHE 是菱形;②EC 平分∠DCH;③线段 BF 的取值范围为 3≤BF≤4;
④当点 H 与点 A 重合时,EF=2 5.以上结论中,你认为正确的有( )个.
A.1 B.2 C.3 D.4
【解答】选C
3、(2019 年无锡)10.如图,△ABC 中,∠BAC=90°,AB=3,AC=4,点 D 是 BC 边的中点,将△ABD 沿 AD 翻折得到△AED,连 CE,则线段 CE 的长等于( )
A.2 B.5
4
C.5
3
D.7
5
【解答】选 D
3、(18 年省锡中二模)27.如图,在平面直角坐标系中,抛物线 y=ax2-2ax+c 与 x 轴交于 A、B 两点(点 A 在点 B 的左侧),且 AB=4,又 P 是第一象限抛物线上的一点,抛物线对称轴交 x 轴于点 F,交直线 AP 于点 E,AE:EP=1:2.
(1) 求点 A、点 B 的坐标;
(2) 直线 AP 交 y 轴于点 G,若 CG=5 3,求此抛物线的解析式;
3
(3) 在(2)的条件下,若点 D 是射线 AP 上一动点,沿着 DF 翻折△ADF 得到△A′DF(点
A 的对应点为 A′),△A′DF 与△ADB 重叠部分的面积为△ADB 的1,求此时△ADB 的面
4
积.
【解答】(1)A(-1,0),B(3,0);(2)y= 3x2-2 3x- 3;
3 3
(3)如答图 1,S ADB=8 7
7
答图 1 答图 2
注:如果把题目改为“D 点在直线 AP 上”,则有如答图 2 的另一种情况
图形性质与图形间关系的发现,既要借助于推理,但更要借助于直觉和观察,变换的意识与变换的视角,会使这种直觉更敏锐、使这种观察更具眼力.