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第5课时 动点型探究问题
2024江西数学
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精讲精练
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精讲精练
动点型几何探究问题是指题设图形中存在一个或多个动点,它们在线段、射线或弧线上运动的一类开放性题目,解决这类问题的关键是动中求静,灵活运用有关数学知识解决问题,在动点的运动过程中观察图形的变化情况,理解图形在不同位置的情况,做好计算推理的过程.在变化中找到不变的性质是解决这类问题的基本思路,这也是动态几何数学问题中最核心的数学本质.
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(2018·江西) 在菱形ABCD中,∠ABC=
60°,P是射线BD上一动点,以AP为边向右侧作等
边△APE,点E的位置随着点P的位置变化而变化.
(1)如图1,当点E在菱形ABCD内部或边上时,连接
CE,BP与CE的数量关系是____________,CE与AD
的位置关系是_____________;
BP=CE
CE⊥AD
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[解答] 解:[图1中,连接AC,延长CE交AD于点H.
∵四边形ABCD是菱形,∠ABC=60°,∴△ABC,
△ACD都是等边三角形,∠ABD=∠CBD=30°.
∴AB=AC,∠BAC=∠CAD=60°.∵△APE是等
边三角形,∴AP=AE,∠PAE=60°.∴∠BAC=
∠PAE.∴∠BAP=∠CAE.∴△BAP≌△CAE(SAS). ∴BP=CE,∠ABP=∠ACE=30°.∵∠CAH=60°,∴∠CAH+∠ACH=90°.∴∠AHC=90°,即CE⊥AD.]
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(2)当点E在菱形ABCD外部时,(1)中的结论是否还成立?若成立,请予以证明;若不成立,请说明理由(选择图2,图3中的一种情况予以证明或说理);
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[解答] 解:结论仍然成立.
证明:选图2,连接AC交BD于点O,设CE交AD于点H.
∵四边形ABCD是菱形,∠ABC=60°,
∴△ABC,△ACD都是等边三角形,∠ABD=∠CBD=30°.
∴AB=AC,∠BAC=∠CAD=60°.
∵△APE是等边三角形,
∴AP=AE,∠PAE=60°.
∴∠BAP=∠CAE.
∴△BAP≌△CAE(SAS).
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∴BP=CE,∠ABP=∠ACE=30°.
∵∠CAH=60°,
∴∠CAH+∠ACH=90°.
∴∠AHC=90°,即CE⊥AD.
选图3,连接AC交BD于点O,设CE交AD于点H.
同理可证△BAP≌△CAE,
∴BP=CE,∠ABP=∠ACE=30°.
∵∠CAH=60°,
∴∠CAH+∠ACH=90°.
∴∠AHC=90°,即CE⊥AD.
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[解答] 解:同理可证△BAP≌△CAE,
由(2)可知CE⊥AD,CE=BP.
在菱形ABCD中,AD∥BC,
∴EC⊥BC.
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∴BP=CE=8.
∵AC与BD是菱形的对角线,
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1.(2023·成都) 探究式学习是新课程倡导的重要学习方式,某兴趣小组拟做以下探究.
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证明:图1中,连接CD.
∵∠ACB=90°,AC=BC,AD=DB,
∵ED⊥FD,∴∠EDF=∠CDB=90°.
∴∠CDE=∠BDF.
∴△CDE≌△BDF(ASA).∴CE=BF.
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【深入探究】
(2)①如图2,当n=2,且点F在线段BC上时,试探究线段AE,BF,AB之间的数量关系,请写出结论并证明;
证明:图2中,过点D作DN⊥AC于点N,DH⊥BC
于点H.
∵∠C=90°,AC=BC,∴∠A=∠B=45°.
∵DN⊥AC,DH⊥BC,
∴△ADN和△BDH是等腰直角三角形.
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∵DN⊥AC,DH⊥BC,∠C=90°,
∴四边形DHCN是矩形.
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∴∠NDH=90°=∠EDF.
∴∠EDN=∠FDH.
又∵∠END=∠FHD,∴△EDN∽△FDH.
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②请通过类比、归纳、猜想,探究出线段AE,BF,AB之间数量关系的一般结论(直接写出结论,不必证明).
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[如图①,当点F在射线BC上时,过点D作DN⊥AC于点N,DH⊥BC于点H.
∵∠ACB=90°,AC=BC,
∴∠A=∠B=45°.
∵DN⊥AC,DH⊥BC,
∴△ADN和△BDH是等腰直角三角形.
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∵DN⊥AC,DH⊥BC,∠ACB=90°,
∴四边形DHCN是矩形.
∴∠NDH=90°=∠EDF.
∴∠EDN=∠FDH.
又∵∠END=∠FHD,∴△EDN∽△FDH.
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如图②,当点F在CB的延长线上时,过点D作DN⊥AC于点N,DH⊥BC于点H.
∵∠C=90°,AC=BC,
∴∠A=∠B=45°.
∵DN⊥AC,DH⊥BC,
∴△ADN和△BDH是等腰直角三角形.
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设AN=DN=x,BH=DH=nx,
∵DN⊥AC,DH⊥BC,∠C=90°,
∴四边形DHCN是矩形.
∴∠NDH=90°=∠EDF.
∴∠EDN=∠FDH.
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又∵∠END=∠FHD,
∴△EDN∽△FDH.
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解:如图③,连接CD,CM,DM.
∵EF的中点为M,∠ACB=∠EDF=90°,
∴点M在线段CD的垂直平分线上运动.
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如图④,当点E′与点A重合时,点F′在BC的延长线上,当点E″与点C重合时,点F″在CB的延长线上.过点M′作M′R⊥F′C于点R,
∴M′R∥AC.∴△F′M′R∽△F′AC.
∴AC=BC=2.
∴M′R=1,F′R=CR.
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同(2)的作法,设AN=DN=x,BH=DH=nx,
∴F′B=2nx.∴CF′=2nx-2.
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2.(2019·江西) 在图1,2,3中,已知▱ABCD,∠ABC
=120°,E为线段BC上的动点,连接AE,以AE为边向
上作菱形AEFG,且∠EAG=120°.
(1)如图1,当点E与点B重合时,∠CEF=__________°;
解:[∵四边形AEFG是菱形,∴∠AEF=180°-∠EAG
=60°.∴∠CEF=∠AEC-∠AEF=60°.]
60
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(2)如图2,连接AF.
①填空:∠FAD__________∠EAB(填“>”
“<”或“=”);
解:[∵四边形ABCD是平行四边形,
∴∠DAB=180°-∠ABC=60°.
∵四边形AEFG是菱形,∠EAG=120°,
∴∠FAE=60°.∴∠FAD=∠EAB.]
=
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②求证:点F在∠ABC的平分线上;
证明:图2中,作FM⊥BC于点M,FN⊥BA交BA的延长线于点N,则∠FNA=∠FME=∠FMB=90°.
又∵∠ABC=120°,∴∠NFM=60°.
又∵∠AFE=60°,∴∠AFN=∠EFM.
∵EF=EA,∠FAE=60°,
∴△AEF为等边三角形.∴FA=FE.
∴△AFN≌△EFM(AAS).∴FN=FM.
又FM⊥BC,FN⊥BA,
∴点F在∠ABC的平分线上.
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解:设GE与AD的交点为N.
∵四边形AEGH是平行四边形,
∴GE∥AH.
又∵四边形ABCD是平行四边形,
∴AD∥BC.
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∴四边形ABEN为平行四边形.
∵∠EAG=120°,∴∠AGF=60°.
∴∠EGF=∠AGE=30°.
∴∠H=∠GAH=30°.
∴∠EAB=180°-∠GAH-∠GAE=30°.
∵∠ABC=120°,∴∠AEB=∠EAB=30°.
∴AB=BE,即四边形ABEN为菱形.
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设AB=a.∵∠ANG=∠NAB=60°,
∴∠GAN=90°.∴GN=2AN=2AB=2a.
∴GE=GN+NE=3a.
在△HAD中,∠ADH=∠DAB-∠H=30°,
∴AD=AH=GE=3a.∴BC=AD=3a.
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