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专项7 对角互补模型
典例 数学兴趣小组探究了以下几何图形.把一个含有45°角的三角板和一个含有30°角的三角板按图1的方式放置在一起,使得两个三角板的斜边重合.
【操作发现】(1)如图2,连接BD,小亮经过探究发现:①BD平分∠ABC;
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证明:解法一:过点D作DE⊥AB,交BA的延长线于点E,过点D作DF⊥BC于点F,标记∠1,如解图1所示.
易知∠DAB+∠ABC+∠BCD+∠ADC=360°.
∵∠ABC+∠ADC=180°,∴∠DAB+∠BCD=180°.
又∵∠DAB+∠1=180°,∴∠1=∠BCD.
∵DE⊥AB,DF⊥BC,∴∠DEB=∠DFB=90°.
又∵AD=CD,∴△DEA≌△DFC(AAS).
∴AE=CF,DE=DF.
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∴BD平分∠ABC.
又∵DE⊥AB,DF⊥BC,∠ABC=90°,
∴四边形EBFD是正方形.
∴DE=BF=DF=BE,BE2+DE2=BD2.
∴2BE2=BD2.
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解法二:如解图2,将△DAB绕点D逆时针旋转90°至△DCE,使DA与DC重合.先证B,C,E在同一条直线上,再证△BDE是等腰直角三角形.
解法三:如解图2,过点D作DE⊥BD,交BC的延长线于E.先证△BAD≌△ECD,再证△BDE是等腰直角三角形.
解法四:点A,B,C,D在同一个圆上,弦
AD=CD,故可得∠ABD=∠CBD=45°.
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【深入探究】(2)小颖经过观察思考,归纳出图2的特点是:①∠ABC=∠ADC=90°;②AD=CD.她继续进行探究,发现并提出新的问题:把条件①换成∠ABC=120°,∠ADC=60°,条件②不变,如图3,试探究可得到哪些结论,并说明理由.
解:结论:①BD平分∠ABC;②AB+BC=BD;
③S四边形ABCD= BD2.(答案不唯一)
理由如下:延长BC到点E,使CE=AB,标记∠1,
∠2,∠3,∠4,∠5,∠6,如解图3所示.
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∵∠1+∠A=180°,∠1+∠2=180°,∴∠A=∠2.
又∵AD=CD,∴△DAB≌△DCE(SAS).
∴∠3=∠E,∠5=∠6,BD=DE.
∴∠4=∠E=∠3.∴BD平分∠ABC.
∵∠ADC=∠5+∠BDC=∠6+∠BDC=∠BDE=60°,
∴△BDE是等边三角形.
∴AB+BC=CE+BC=BE=BD.
由全等,可知S△DAB=S△DCE,∴S四边形ABCD=S△BDE= BD2.
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【得出一般结论】如图4,若∠ABC+∠ADC=180°,AD=CD,请你根据小亮和小颖的探究过程,判断能否得出BD平分∠ABC?请简述理由.
解:能得出BD平分∠ABC.证明略.
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1.如图,在正方形ABCD中,点P是对角线AC上一动点,点M,N分别在边AD,AB上,且∠MPN=90°,则线段PM与PN的数量关系是____________;若AP=a,则四边形AMPN的面积为____.
PM=PN
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2.如图,在菱形ABCD中,AC,BD交于点O,∠BCD=120°,点E,F分别在边BC,CD上,且∠EOF=60°,下列结论正确的有______(填序号).
①OE=OF;②CE+CF=CB;③四边形OECF的周长为定值;④四边形OECF的面积为定值.
①④
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模型总结
条件 对角互补,且有一组邻边相等.如图,∠AOB+∠DCE=180°,CD=CE
图示
作法一:过点C分别作OA,OB的垂线CG,CH,则△CGD≌△CHE
作法二:在EB上截取EF=OD,连接CF,则△COD≌△CFE
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结论 ①OC平分∠AOB;②当∠AOB=90°时,OD+OE=OC;③当∠AOB=120°时,OD+OE=OC
拓展 若将条件“CD=CE”与结论“OC平分∠AOB”互换,则命题仍成立
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强化练习
(2024·贵州)综合与探究:如图,∠AOB=90°,点P 在∠AOB的平分线上,PA⊥OA于点A.
(1)【操作判断】
如图1,过点P作PC⊥OB于点C,根据题意在图1中画出PC,图中∠APC的度数为____度.
90
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(2)【问题探究】
如图2,点M在线段AO上,连接PM,过点P作PN⊥PM交射线OB于点N,求证:OM+ON=2PA.
解:证明:如解图1,过点P作PC⊥OB于点C,
则四边形OAPC是矩形.
∵点P在∠AOB的平分线上,PA⊥OA,PC⊥OB,
∴PA=PC.
∴矩形OAPC是正方形.
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∴OA=AP=PC=OC,∠APC=90°.
∵PN⊥PM,∴∠APM=∠CPN=90°-∠MPC.
又∵∠MAP=∠NCP=90°,AP=CP,
∴△APM≌△CPN(ASA).∴AM=CN.
∴OM+ON=OM+OC+CN=OM+OC+AM=OA+OC=2AP.∴OM+ON=2PA.
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∴OA=AP=PC=OC,∠APC=90°.
∵PN⊥PM,∴∠APM=∠CPN=90°-∠MPC.
又∵∠MAP=∠NCP=90°,AP=CP,
∴△APM≌△CPN(ASA).∴AM=CN.
∴OM+ON=OM+OC+CN=OM+OC+AM=OA+OC=2AP.∴OM+ON=2PA.
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(3)【拓展延伸】
点M在射线AO上,连接PM,过点P作PN⊥PM交射线OB于点N,射线NM与射线PO相交于点F,若ON=3OM,求 的值.
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解:①当点M在线段AO上时,如解图2,延长PA交射线NM于点G.
由(2),知OM+ON=2AP,设OM=x,则ON=3x,OA=AP=2x.∴AM=AO-OM=x=OM.
又∵∠MON=∠MAG=90°,∠OMN=∠AMG,
∴△MON≌△MAG(ASA).∴AG=ON=3x.
∵AP∥OB,∴△ONF∽△PGF.
图2
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②当点M在AO的延长线上时,如解图3,过点P作PC⊥OB于点C,并延长交MN于点H.
由(2),知四边形OAPC是正方形,
∴OA=AP=PC=OC,∠APC=90°,PC∥AO.
∵PN⊥PM,∴∠APM=∠CPN=90°-∠MPC.
又∵∠A=∠PCN=90°,AP=CP,
∴△APM≌△CPN(ASA).∴AM=CN.
∴ON-OM=OC+CN-OM=AO+AM-OM=2AO.
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设ON=3OM=3x,∴AO=x,CN=AM=2x.
∵PC∥AO,∴△CHN∽△OMN.
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