内容正文:
第三章 图形的平移与旋转
培优精练8 共顶点旋转的三角形
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类型1 共顶点旋转的等边三角形
1. 如图,已知△ABC为等边三角形.P为△ABC内一点,PA=8,PB=6,PC=10,若将△PBC绕点B按逆时针方向旋转后得到△P'BA.
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(1)求点P与点P'之间的距离;
解:(1)如图,连接PP'.
根据题意,得AP'=CP=10,BP'=BP,
∠PBC=∠P'BA.
∵∠PBC+∠ABP=60°,
解:(1)如图,连接PP'.
根据题意,得AP'=CP=10,BP'=BP,
∠PBC=∠P'BA.
∵∠PBC+∠ABP=60°,
∴∠PBP'=60°.
∴△BPP'为等边三角形.
∴PP'=BP=BP'=6.
∴∠PBP'=60°.
∴△BPP'为等边三角形.
∴PP'=BP=BP'=6.
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(2)求∠APB的度数.
解:(2)∵PA2+PP'2=82+62=102=AP'2,
∴△APP'为直角三角形,且∠APP'=90°.
∴∠APB=∠APP'+∠BPP'=90°+60°=150°.
解:(2)∵PA2+PP'2=82+62=102=AP'2,
∴△APP'为直角三角形,且∠APP'=90°.
∴∠APB=∠APP'+∠BPP'=90°+60°=150°.
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2. 如图,点O是等边三角形ABC内一点,∠AOB=110°,∠BOC=α,若将△BOC绕点C按顺时针方向旋转后得到△ADC,连接OD.
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(1)当α=150°时,试判断△AOD的形状,并说明理由;
解:(1)△AOD是直角三角形.理由如下:
∵△BOC绕点C按顺时针方向旋转后得到△ADC,
∴OC=DC,∠ADC=∠BOC,∠BCA=∠OCD.
∵△ABC是等边三角形,
∴∠BCA=60°.
∴∠OCD=60°.
∴△OCD是等边三角形.
∴∠ODC=60°.
当α=150°时,∠ADC=α=150°,
∴∠ADO=∠ADC-∠ODC=150°-60°=90°.
∴△AOD是直角三角形.
解:(1)△AOD是直角三角形.理由如下:
∵△BOC绕点C按顺时针方向旋转后得到△ADC,
∴OC=DC,∠ADC=∠BOC,∠BCA=∠OCD.
∵△ABC是等边三角形,
∴∠BCA=60°.
∴∠OCD=60°.
∴△OCD是等边三角形.
∴∠ODC=60°.
当α=150°时,∠ADC=α=150°,
∴∠ADO=∠ADC-∠ODC=150°-60°=90°.
∴△AOD是直角三角形.
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(2)探究:当α为多少度时,△AOD是等腰三角形?
解:(2)∵△OCD是等边三角形,
∴∠COD=∠ODC=60°.
∵∠AOB=110°,∠ADC=∠BOC=α,
∴∠AOD=360°-∠AOB-∠BOC-∠COD=190°-α,
∠ADO=∠ADC-∠ODC=α-60°.
∴∠OAD=180°-∠AOD-∠ADO=50°.
解:(2)∵△OCD是等边三角形,
∴∠COD=∠ODC=60°.
∵∠AOB=110°,∠ADC=∠BOC=α,
∴∠AOD=360°-∠AOB-∠BOC-∠COD=190°-α,
∠ADO=∠ADC-∠ODC=α-60°.
∴∠OAD=180°-∠AOD-∠ADO=50°.
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①当∠AOD=∠ADO时,190°-α=α-60°,
∴α=125°;
②当∠AOD=∠OAD时,190°-α=50°,
∴α=140°;
③当∠ADO=∠OAD时,α-60°=50°,
∴α=110°.
综上所述,当α为125°或140°或110°时,△AOD是等腰三角形.
①当∠AOD=∠ADO时,190°-α=α-60°,
∴α=125°;
②当∠AOD=∠OAD时,190°-α=50°,
∴α=140°;
③当∠ADO=∠OAD时,α-60°=50°,
∴α=110°.
综上所述,当α为125°或140°或110°时,△AOD是等腰三角形.
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3. 如图,△ABC是等边三角形,点D是△ABC外一点,求证:DB+DC≥AD.
证明:如图,将△BCD绕点C按顺时针方向旋转60°得到△ACM,连接DM,
证明:如图,将△BCD绕点C按顺时针方向旋转60°得到△ACM,连接
DM,
则AM=BD,CM=CD,∠DCM=60°.
∴△DCM是等边三角形.
∴DM=CD=CM.
∵AM+DM≥AD(当点M在AD上时等号成立),
∴DB+DC≥AD.
∴DM=CD=CM.
∵AM+DM≥AD(当点M在AD上时等号成立),
∴DB+DC≥AD.
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类型2 共顶点旋转的一般三角形
4. 如图,将△ABC绕点C按顺时针方向旋转到△DEC的位置,连接AE,AD,BD,若∠ACB=∠DCE=90°,求证:S△BDC=S△AEC.
证明:如图,过点D作DF⊥BC于点F,过点A作AG⊥EC,交EC的延长线于点G.
证明:如图,过点D作DF⊥BC于点F,过点A作AG⊥EC,交EC的延长线
于点G.
∵△DEC是由△ABC绕点C旋转得到的,
∴BC=EC,AC=DC.
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∵∠ACG+∠BCG=90°,∠DCF+∠BCG=180°-90°=90°,
∴∠ACG=∠DCF.
又∵∠G=∠CFD=90°,∴△ACG≌△DCF(AAS).
∴AG=DF.
∴S△BDC=S△AEC(等底等高的两个三角形的面积相等).
∵∠ACG+∠BCG=90°,∠DCF+∠BCG=180°-90°=90°,
∴∠ACG=∠DCF.
又∵∠G=∠CFD=90°,∴△ACG≌△DCF(AAS).
∴AG=DF.
∴S△BDC=S△AEC(等底等高的两个三角形的面积相等).
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5. 如图,已知△ABC,∠ABC<60°.将△ABC绕点A按逆时针方向旋转60°得到△ADE,DE与BC相交于点P. 求证:
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(1)PA+PC=PE;
证明:(1)在BC上截取BG=PD,连接AG,
∵△ADE是由△ABC绕点A按逆时针方向旋转60°得到的,
∴∠B=∠D,BC=DE,AB=AD,∠BAD=60°.
∴CG=PE.
∴△ABG≌△ADP(SAS).
证明:(1)在BC上截取BG=PD,连接AG,
∵△ADE是由△ABC绕点A按逆时针方向旋转60°得到的,
∴∠B=∠D,BC=DE,AB=AD,∠BAD=60°.
∴CG=PE.
∴△ABG≌△ADP(SAS).
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∴AG=AP,∠BAG=∠DAP.
∴∠BAG+∠DAG=∠DAP+∠DAG,
即∠BAD=∠GAP=60°.
∴△APG是等边三角形.
∴AP=PG,∠APB=60°.
∴AP+PC=PG+PC=CG=PE.
∴AG=AP,∠BAG=∠DAP.
∴∠BAG+∠DAG=∠DAP+∠DAG,
即∠BAD=∠GAP=60°.
∴△APG是等边三角形.
∴AP=PG,∠APB=60°.
∴AP+PC=PG+PC=CG=PE.
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(2)PA平分∠BPE.
解:(2)∵∠B=∠D,∠AFB=∠DFP,∠BAD=60°,
∴∠DPF=60°.
∴∠EPC=60°.
∴∠BPE=120°.
∴∠APE=∠APB=60°.
即PA平分∠BPE.
解:(2)∵∠B=∠D,∠AFB=∠DFP,∠BAD=60°,
∴∠DPF=60°.
∴∠EPC=60°.
∴∠BPE=120°.
∴∠APE=∠APB=60°.
即PA平分∠BPE.
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6. 如图,在四边形ABCD中,∠ABC=∠ACB=∠ADC=45°.若BD=9,CD=3,求AD的长.
解:如图,作AE⊥AD,使AE=AD,连接CE,DE.
∵∠ABC=∠ACB=45°,
∴∠BAC=90°,AB=AC.
∵∠BAC+∠CAD=∠DAE+∠CAD,
∴∠BAD=∠CAE.
解:如图,作AE⊥AD,使AE=AD,连接CE,DE.
∵∠ABC=∠ACB=45°,
∴∠BAC=90°,AB=AC.
∵∠BAC+∠CAD=∠DAE+∠CAD,
∴∠BAD=∠CAE.
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∵AB=AC,∠BAD=∠CAE,AD=AE,
∴△BAD≌△CAE(SAS).
∴BD=CE=9.
∵∠ADC=45°,∠EDA=45°,
∴∠EDC=90°.
∴DE2=CE2-CD2=92-32=72.
∵∠DAE=90°,AE=AD,
∴AD2+AE2=2AD2=72.
解得AD=6.
∵AB=AC,∠BAD=∠CAE,AD=AE,
∴△BAD≌△CAE(SAS).
∴BD=CE=9.
∵∠ADC=45°,∠EDA=45°,
∴∠EDC=90°.
∴DE2=CE2-CD2=92-32=72.
∵∠DAE=90°,AE=AD,
∴AD2+AE2=2AD2=72.
解得AD=6.
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$$第三章 图形的平移与旋转
培优精练10 方程思想在图形变化中的应用
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类型1 平面直角坐标系下图形的平移问题
1. 如图,在平面直角坐标系中,把线段AB先向右平移h个单位长度,再向下平移1个单位长度得到线段CD(点A的对应点为点C),其中A(a,b),B(m,n)分别是第三象限与第二象限内的点.
(1)若|a+3|+ =0,h=2,则点C的坐标为 (-1,-2) ;
(-1,-2)
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(2)若b=n-1,连接AD,过点B作AD的垂线l,判断直线l与x轴的位置关系,并说明理由.
解:结论:直线l⊥x轴.理由如下:
∵b=n-1,
∴A(a,n-1).
∵点B(m,n)向右平移h个单位长度,再向下平移1个单位长度得到点D,
解:结论:直线l⊥x轴.理由如下:
∵b=n-1,
∴A(a,n-1).
∵点B(m,n)向右平移h个单位长度,
再向下平移1个单位长度得到点D,
∴D(m+h,n-1).
∵A,D的纵坐标相同,
∴AD∥x轴.
∵直线l⊥AD,
∴直线l⊥x轴.
∴D(m+h,n-1).
∵A,D的纵坐标相同,
∴AD∥x轴.
∵直线l⊥AD,
∴直线l⊥x轴.
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2. 在平面直角坐标系中,点A,B在第一象限,将线段AB进行平移得到线段CD,点A的对应点为点C,点B的对应点为点D.
(1)若点A(5,8),B(3,6),D(1,-1),求点C的坐标.
解:(1)∵点B先向左平移2个单位长度,再向下平移7个单位长度得到点D,
∴点A(5,8)先向左平移2个单位长度,再向下平移7个单位长度得到点C为(3,1).
解:(1)∵点B先向左平移2个单位长度,再向下平移7个单位长度得到点D,
∴点A(5,8)先向左平移2个单位长度,再向下平移7个单位长度得到点C为
(3,1).
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(2)如图,若A(m,a),B(2,b),C(4,c),D(2m,-2),△ABC的面积为6,点M在第三象限,横坐标为b-a+2.在x轴上确定点P,使得△ABP与△BMD的面积和等于△AMD的面积.
解:(2)根据题意,得2m-2=4-m.
∴m=2.
∴A(2,a),B(2,b),C(4,c),D(4,-2).
如图,连接AC、BC.
解:(2)根据题意,得2m-2=4-m.
∴m=2.
∴A(2,a),B(2,b),C(4,c),D(4,-2).
如图,连接AC、BC.
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∴S△ABC= ·(xC-xB)·|yA-yB|
= ×2·|a-b|=6.
∴a-b=6或b-a=6.
∵点M在第三象限,
∴b-a+2<0.
∴b-a<-2.
∴a-b=6.
∴点M的横坐标为-4.
∴S△ABC= ·(xC-xB)·|yA-yB|
= ×2·|a-b|=6.
∴a-b=6或b-a=6.
∵点M在第三象限,
∴b-a+2<0.
∴b-a<-2.
∴a-b=6.
∴点M的横坐标为-4.
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设点P(x,0).
∵S△ABP=S△AMD-S△BMD=S△ABM+S△ABD,
∴ ·AB·(xB-xM)+ ·AB·(xD-xB).
即 ×6×2.
∴x=10或x=-6.
∴P(10,0)或(-6,0).
设点P(x,0).
∵S△ABP=S△AMD-S△BMD=S△ABM+S△ABD,
∴ ·AB·(xB-xM)+ ·AB·(xD-xB).
即 ×6×2.
∴x=10或x=-6.
∴P(10,0)或(-6,0).
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类型2 建立方程解决图形变化问题
3. 如图1,△ABC和△FDE均为等腰直角三角形(点C与点D重合),∠A=∠F=90°,BC=DE=4,且点B,C,D,E在同一条直线上,将△ABC沿点B到点C的方向平移,点C与点E重合时停止.如图2,当重叠部分的面积是△ABC面积的一半时,求平移的距离.
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解:如图2,过点G作GH⊥DC于点H,设平移的距离DC=x.
∵△ABC为等腰直角三角形,∠A=90°,BC=4,
∴由勾股定理,得AB2+AC2=BC2=16.
∴2AB2=16.
解:如图2,过点G作GH⊥DC于点H,设平移的距离DC=x.
∵△ABC为等腰直角三角形,∠A=90°,BC=4,
∴由勾股定理,得AB2+AC2=BC2=16.
∴2AB2=16.
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解得AB=2 (负值已舍去).
∴S△ABC= =4.
由题意,得∠GDC=∠FDE=45°.
又∵∠ACB=45°,
∴△GDC为等腰直角三角形.
∴GH= x.
∴S△GDC= x2.
解得AB=2 (负值已舍去).
∴S△ABC= =4.
由题意,得∠GDC=∠FDE=45°.
又∵∠ACB=45°,
∴△GDC为等腰直角三角形.
∴GH= x.
∴S△GDC= x2.
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∵S△GDC= S△ABC,
∴ x2=2.
解得x=2 (负值已舍去).
∴平移的距离为2 .
∵S△GDC= S△ABC,
∴ x2=2.
解得x=2 (负值已舍去).
∴平移的距离为2 .
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4. 如图,在Rt△ABC中,∠BAC=90°,∠ACB=30°,将△ABC绕直角顶点A旋转到△AEF的位置(旋转角小于90°),EF与AC交于点G,连接CF. 当旋转角为多少度时,△FGC是等腰三角形?
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解:设∠FAG=α.
∵AC=AF,
∴∠ACF=∠AFC= .
∵∠ACB=∠AFG=30°,
∴∠GFC= ,
∠FGC=∠FAC+∠AFG=α+30°.
若△FGC是等腰三角形,分三种情形:
解:设∠FAG=α.
∵AC=AF,
∴∠ACF=∠AFC= .
∵∠ACB=∠AFG=30°,
∴∠GFC= ,
∠FGC=∠FAC+∠AFG=α+30°.
若△FGC是等腰三角形,分三种情形:
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①当∠GFC=∠GCF,即
时,方程无解;
②当∠GCF=∠FGC,
即 =α+30°时,解得α=40°;
③当∠GFC=∠FGC,即 =α+30°时,解得α=20°.
综上所述,当旋转角为20°或40°时,△FGC是等腰三角形.
①当∠GFC=∠GCF,即
时,方程无解;
②当∠GCF=∠FGC,
即 =α+30°时,解得α=40°;
③当∠GFC=∠FGC,即 =α+30°时,解得α=20°.
综上所述,当旋转角为20°或40°时,△FGC是等腰三角形.
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5. 如图,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=BC,点D在AB上,且AD= AB. 连接CD,将线段CD绕点C按逆时针方向旋转90°至CE,连接BE,DE,若CD=4.求线段AC的长度.
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解:∵线段CD绕点C按逆时针方向旋转90°至CE,
∴CD=CE,∠DCE=90°.
∵在Rt△ECD中,DE2=CE2+CD2,CD=4,
∴DE2=32.
∵在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=BC,
∴∠CBA=∠A=45°.
又∵∠ACB-∠BCD=∠DCE-∠BCD,即∠ACD=∠BCE.
∴△ACD≌△BCE(SAS).
∴BE=AD,∠CBE=∠A=45°.
解:∵线段CD绕点C按逆时针方向旋转90°至CE,
∴CD=CE,∠DCE=90°.
∵在Rt△ECD中,DE2=CE2+CD2,CD=4,
∴DE2=32.
∵在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=BC,
∴∠CBA=∠A=45°.
又∵∠ACB-∠BCD=∠DCE-∠BCD,即∠ACD=∠BCE.
∴△ACD≌△BCE(SAS).
∴BE=AD,∠CBE=∠A=45°.
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∴∠DBE=∠ABC+∠CBE=90°.
∵AD= AB,
∴BD=2AD.
设AD=x,则BE=x,BD=2x.
在Rt△BDE中,
BE2+BD2=DE2,
∴x2+(2x)2=32.
∴∠DBE=∠ABC+∠CBE=90°.
∵AD= AB,
∴BD=2AD.
设AD=x,则BE=x,BD=2x.
在Rt△BDE中,
BE2+BD2=DE2,
∴x2+(2x)2=32.
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解得x= .
∴AB=3x= .
∴AB2= .
由勾股定理,得AC2+BC2=AB2,
即2AC2= .
解得AC= (负值已舍去).
∴线段AC的长度为 .
解得x= .
∴AB=3x= .
∴AB2= .
由勾股定理,得AC2+BC2=AB2,
即2AC2= .
解得AC= (负值已舍去).
∴线段AC的长度为 .
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$$第三章 图形的平移与旋转
培优精练9 等腰三角形中的半角模型
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1. 已知,在△ABC中,AB=AC,∠BAC=α,点D,E在边BC上,且∠DAE= α.
(1)如图1,当α=60°时,将△AEC绕点A按顺时针方向旋转60°到△AFB的位置,连接DF.
①求∠DAF的度数;
②求证:DF=DE.
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解:(1)①由旋转知,AF=AE,∠BAF=∠CAE,∠EAF=60°.
∵∠DAE= α,∠BAC=α=60°,
∴∠DAE= ×60°=30°.
∴∠CAE+∠BAD=∠BAC-∠DAE=30°.
∴∠DAF=∠BAD+∠BAF=∠BAD+∠CAE=30°.
②证明:由①知,AF=AE,∠DAF=∠DAE=30°.
∵AD是△DAF和△DAE的公共边,
∴△DAF≌△DAE(SAS).
∴DF=DE.
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(2)如图2,当α=90°时,猜想BD,DE,CE的数量关系,并说明理由.
解:(2)DE2=BD2+CE2,理由如下:
如图,将△AEC绕点A按顺时针方向旋转90°到△AFB的位置,连接DF,
则BF=CE,∠ABF=∠ACE.
在Rt△ABC中,
∵AB=AC,∠BAC=90°,
解:(2)DE2=BD2+CE2,理由如下:
如图,将△AEC绕点A按顺时针方向旋转90°到△AFB的位置,连接DF,
则BF=CE,∠ABF=∠ACE.
在Rt△ABC中,
∵AB=AC,∠BAC=90°,
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∴∠C=∠ABC=45°.
∴∠ABF=45°.
∴∠DBF=90°.
根据勾股定理,得DF2=BD2+BF2.
∴DF2=BD2+CE2.
同(1)②的方法得,DF=DE,
∴DE2=BD2+CE2.
∴∠C=∠ABC=45°.
∴∠ABF=45°.
∴∠DBF=90°.
根据勾股定理,得DF2=BD2+BF2.
∴DF2=BD2+CE2.
同(1)②的方法得,DF=DE,
∴DE2=BD2+CE2.
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2. 如图1,△ABC是等边三角形,△BDC是等腰三角形,BD=CD,∠BDC=120°,以点D为顶点作一个60°角,角的两边分别交AB,AC于点M,N,连接MN.
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(1)探究BM,MN,NC之间的关系,并说明理由;
解:(1)MN=BM+NC. 理由如下:
延长AC至点E,使得CE=BM,并连接DE,如图1所示.
∵△BDC为等腰三角形,△ABC为等边三角形,
解:(1)MN=BM+NC. 理由如下:
延长AC至点E,使得CE=BM,并连接DE,如图1所示.
∵△BDC为等腰三角形,△ABC为等边三角形,
∴BD=CD,∠DBC=∠DCB,∠MBC=∠ACB=60°.
又∵∠BDC=120°,
∴∠DBC=∠DCB=30°.
∴∠ABC+∠DBC=∠ACB+∠DCB=60°+30°=90°.
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∴∠MBD=∠ECD=90°.
∴△MBD≌△ECD(SAS).
∴MD=DE,∠BDM=∠CDE.
∵∠MDN=60°,∠BDC=120°,
∴∠BDM+∠CDN=60°.
∴∠CDE+∠CDN=60°,即∠EDN=60°.
∴∠EDN=∠MDN.
∴△DMN≌△DEN(SAS).
∴MN=EN=NC+CE=BM+NC.
∴∠CDE+∠CDN=60°,即∠EDN=60°.
∴∠EDN=∠MDN.
∴△DMN≌△DEN(SAS).
∴MN=EN=NC+CE=BM+NC.
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(2)若△ABC的边长为2,求△AMN的周长;
解:(2)利用(1)中的结论得出:
△AMN的周长=AM+MN+AN=(AM+BM)+(NC+AN)=AB+AC=2+2=4.
解:(2)利用(1)中的结论得出:
△AMN的周长=AM+MN+AN=(AM+BM)+(NC+AN)=AB+
AC=2+2=4.
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(3)若点M,N分别是AB,CA延长线上的点,其他条件不变,在图2中画出图形,并直接写出BM,MN,NC之间的关系.
解:(3)按要求作出图形,如图2所示(画法不唯一),MN=NC-BM.
解:(3)按要求作出图形,如图2所示(画法不唯一),
MN=NC-BM.
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解析:在CA上截取CE=BM.
解析:在CA上截取CE=BM.
∵△ABC是等边三角形,
∴∠ACB=∠ABC=60°.
又∵BD=CD,∠BDC=120°,
∴∠BCD=∠CBD=30°.
∴∠MBD=∠ECD=90°.
∴△BMD≌△CED(SAS).
∴DE=DM,∠BDM=∠CDE.
∵∠MDN=60°,∠BDC=120°,
∴∠EDN=60°.
∵ND=ND,∠EDN=∠MDN,MD=ED,
∴△MDN≌△EDN(SAS).
∴MN=NE=NC-CE=NC-BM.
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