内容正文:
专项培优练·山东数学
重
难
专
题
类型 2
旋转探究(统考卷 22 题)
4.
[2024 东营 24 题 10 分]在 Rt△ABC 中,∠ACB= 90°,AC= 1,BC= 3.
(1)问题发现
如图①,将△CAB 绕点 C 按逆时针方向旋转 90°得到△CDE,连接 AD,BE,线段 AD 与
BE 的数量关系是 BE=3AD ,AD 与 BE 的位置关系是 AD⊥BE ;
(2)类比探究
将△CAB 绕点 C 按逆时针方向旋转任意角度得到△CDE,连接 AD,BE,线段 AD 与 BE
的数量关系,位置关系与(1)中结论是否一致? 若 AD 交 CE 于点 N,请结合图②说明
理由;
(3)迁移应用
如图③,将△CAB 绕点 C 旋转一定角度得到△CDE,当点 D 落到 AB 边上时,连接 BE,
求线段 BE 的长.
图① 图② 图③
第 4 题图
解:(1)BE=3AD,AD⊥BE;
(2)线段 AD 与 BE 的数量关系,位置关系与(1)中结论一致,理由如下:
如解图①,延长 DA 交 BE 于点 H,
∵将△CAB 绕点 C 按逆时针方向旋转任意角度得到△CDE,
∴DC=AC=1,CE=BC=3,∠DCE=∠ACB=90°,∠ECB=∠ACD,
∴AC
BC
=CD
CE
= 1
3
,∴△BCE∽△ACD,∴AD
BE
=AC
BC
= 1
3
,∠CDA=∠CEB,∴BE=3AD,
∵∠CEB+∠ENH=∠CDA+∠CND=90°,∴∠EHD=90°,∴AD⊥BE;
(3)如解图②,过点 C 作 CN⊥AB 于点 N,
∵∠ACB=90°,AC=1,BC=3,∴AB= AC2+BC2 = 1+9 = 10 ,
∵CN⊥AB,∴∠ANC=90° =∠ACB,
又∵∠A=∠A,∴△ACN∽△ABC,∴AC
AB
=AN
AC
,∴AN· 10 =1,∴AN= 10
10
,
∵AC=DC,CN⊥AB,∴AD=2AN= 10
5
,由(2)可知 BE=3AD,∴BE=3 10
5
.
16
专项培优练·山东数学
重
难
专
题
5.
[2024 山东统考卷 22 题 12 分]一副三角板分别记作△ABC 和△DEF,其中∠ABC = ∠DEF =
90°,∠BAC= 45°,∠EDF= 30°,AC=DE. 作 BM⊥AC 于点 M,EN⊥DF 于点 N,如图①.
(1)求证:BM=EN;
(2)在同一平面内,将图①中的两个三角形按如图②所示的方式放置,点 C 与点 E 重合记
为 C,点 A 与点 D 重合,将图②中的△DCF 绕 C 按顺时针方向旋转 α 后,延长 BM 交
直线 DF 于点 P.
①当 α= 30°时,如图③,求证:四边形 CNPM 为正方形;
②当 30°<α<60°时,写出线段 MP,DP,CD 的数量关系,并证明;
当 60°<α<120°时,直接写出线段 MP,DP,CD 的数量关系.
图①
图②
图③
备用图
第 5 题图
(1)证明:设 AC=DE=a,∵∠ABC=∠DEF=90°,∠BAC=45°,∴∠A=∠C=45°,∴AB=BC,
∵BM⊥AC,∴BM=AM=CM= 1
2
AC= 1
2
a,
∵∠EDF=30°,EN⊥DF,∴EN= 1
2
DE= 1
2
a,∴BM=EN;
(2)①证明:∵∠D=30°,CN⊥DF,∴∠CND=90°,∠DCN=90°-30° =60°,
∵α=∠ACD=30°,∴∠ACN=90°,
∵BM⊥AC,∴∠PMC=∠BMC=90°,∴四边形 CNPM 为矩形,
∵BM=EN,即 BM=CN,而 BM=CM,∴CM=CN,∴四边形 CNPM 是正方形;
②解:当 30°<α<60°时,线段 MP,DP,CD 的数量关系为DP
+MP
CD
= 3
2
,
证明:如解图,当 30°<α<60°时,连接 CP,
由(1)可得 CM=CN,∠PMC=∠PNC=90°,
∵CP=CP,∴Rt△PMC≌Rt△PNC(HL),
∴PM=PN,∴MP+DP=PN+DP=DN,
∵∠D=30°,∴cosD=DN
CD
=DP+MP
CD
=cos30° = 3
2
,∴DP
+MP
CD
= 3
2
,
∴当 30°<α<60°时,线段 MP,DP,CD 的数量关系为DP
+MP
CD
= 3
2
;
当 60°<α<120°时,线段 MP,DP,CD 的数量关系为MP
-DP
CD
= 3
2
.
【解法提示】见本册 P.
26
专项培优练·山东数学
重
难
专
题
6.
名师原创
问题情境
在正方形 ABCD 中,AB= 3,将正方形 EFGH 的顶点 E 放在正方形 ABCD 的对角线 AC 上,
且 AE= 1
2
EC. 将正方形 EFGH 绕点 E 旋转,边 EF 与 EH 分别交边 AB,BC 于 M,N 两点.
猜想证明
(1)如图①,正方形 EFGH 绕点 E 旋转过程中,当 AM = 1
2
MB 时,试判断四边形 MBNE 的
形状,并说明理由;
实践探究
(2)如图②,正方形 EFGH 绕点 E 旋转过程中,试问线段 EM 和 EN 之间有什么数量关系?
并加以证明;
问题解决
(3)如图③,正方形 EFGH 绕点 E 旋转过程中,当 AM=CN 时,求 AM 的长.
图① 图② 图③
第 6 题图
解:(1)四边形 MBNE 是矩形.
理由:∵AE= 1
2
EC,AM= 1
2
MB,∴AE
AC
=AM
AB
= 1
3
,
又∵∠MAE=∠BAC,∴△AME∽△ABC,∴∠AME=∠B.
∵四边形 ABCD 为正方形,∴∠AME=∠B=90°,∴∠EMB=180°-∠AME=180°-90° =90°.
∵四边形 EFGH 为正方形,∴∠FEH=90°,即∠MEN=90°,∴∠EMB=∠B=∠MEN=90°,
∴四边形 MBNE 是矩形;
(2)EN=2EM.
证明:如解图①,过点 E 作 EQ⊥BC,EP⊥AB,垂足分别是 Q,P,
∴∠EPB=∠EQB=90°.
∵四边形 ABCD为正方形,∴∠ABC=90°,∴∠EPB=∠EQB=∠PBQ=90°,
∴四边形 PBQE 是矩形,∴PE=BQ,AB∥EQ,∴AE
EC
=BQ
QC
= 1
2
.
∵四边形 ABCD 为正方形,AC 为对角线,∴∠ACB=45°,
即∠ECQ=45°. ∵∠EQC=90°,∴EQ=QC,∴ PE
EQ
=BQ
QC
= 1
2
.
∵四边形 EFGH 为正方形,∴∠FEH=90°. ∵四边形 PBQE 为矩形,
∴∠PEQ=90°.即∠MEP+∠PEN=∠PEN+∠NEQ=90°,∴∠MEP=∠NEQ.
又∵∠MPE=∠NQE=90°,∴△MPE∽△NQE. ∴EM
EN
=PE
QE
= 1
2
,即 EN=2EM;
(3)如解图②,过点 E 作 EQ⊥BC,EP⊥AB,垂足分别是 Q,P,
通过(2)得△MPE∽△NQE,∴PM
QN
=PE
QE
= 1
2
.
∵∠APE=∠B=90°,∴PE∥BC,∴AP
PB
=AE
EC
= 1
2
,
又∵AB=3,∴AP=1,BP=2. ∵AC 为正方形 ABCD 的对角线,
∴∠PAE=45°,∴AP=PE=1,由(2)知四边形 PBQE 为矩形,∴PE=BQ=1.
∵PM
QN
= 1
2
,设 PM=x,则 QN=2x,
∵AM=CN,∴BM=BN,∴2-x=1+2x,解得
x= 1
3
,∴AM=AP+PM=1+ 1
3
= 4
3
.
36
参考答案与重难题解析·山东数学
专
项
培
优
练
∴ FK=AF-AK=
3 2
2
x,∴ tan∠AFG=
KG
KF
= 1
3
,
故乙同学的说法也正确;
(2)证明:解法一:如解图②,过点 G 作 GQ⊥PM 交 PM 的
延长线于点 Q,
第 2 题解图②
由折叠的性质得 FP = PM,FG = GM,GH = GQ, ∠FPG =
∠MPG,PH=PQ,
∵ AB∥CD,∴ ∠FPG= ∠PGM,∴ ∠PGM= ∠MPG,
∴ PM=GM,∴ PF=GM=PM=FG,
∴ 四边形 FGMP 是菱形,∴ ∠FNG= 90°,
∴ ∠FGN= ∠GPQ,
∵ ∠GQP= 90° = ∠FNG,
∴ △GFN∽△PGQ,∴
FN
GQ
=GN
PQ
,∴ FN·PQ=GN·GQ,
∵ AM=AG+GM=HF+FP=PH,∴ AM=PQ,
∵ GQ=GH=AD,∴ FN·AM=GN·AD.
解法二:连接 DM,证△ADM∽△NFG 也可以.
3.
解:【操作证明】△BDF 是等腰三角形. 理由如下:
由折叠得∠FBD= ∠DBC,
∵ 四边形 ABCD 为矩形,
∴ AD∥BC,
∴ ∠FDB= ∠DBC,
∴ ∠FBD= ∠FDB,
∴ BF=DF,
∴ △BDF 是等腰三角形;
【类比应用】
(1)四边形 ABPE 为菱形,理由如下:
由折叠得∠APB= ∠APE,BP=PE,AB=AE,
∵ 四边形 ABCD 是平行四边形,
∴ AD∥BC,
∴ ∠EAP= ∠APB,
∴ ∠EAP= ∠APE,
∴ AE=PE=BP=AB,
∴ 四边形 ABPE 是菱形;
(2)由折叠得∠APB= ∠APE,AB=AE,BP=PE,
∵ 四边形 ABCD 是平行四边形,
∴ AD∥BC,BC=AD= 10,AB=CD=AE= 3 5 ,
∴ ∠ADP= ∠DPC,∠DAP= ∠APB,∴ ∠DAP= ∠APD,
∴ PD=AD=BC= 10,
∵ P 是 BC 的中点,
∴ BP=PC=PE=DE= 5,
在△ADE 和△DPC 中,
AD=DP,
∠ADE= ∠DPC,
DE=PC,
{
∴ △ADE≌△DPC(SAS),
∴ ∠DAE= ∠PDC,
又∵ ∠AFD= ∠EFD,
∴ △AFD∽△DFE,
∴
EF
DF
=DF
AF
=DE
AD
= 5
10
= 1
2
,
设 EF=a,则 DF= 2a,
∴ AF=
DF2
EF
= (2a)
2
a
= 4a,
∵ AF=AE+EF,
∴ 4a= 3 5 +a,解得 a= 5 ,
∴ AF= 4a= 4 5 ,即 AF 的长为 4 5 .
4.
解:(1)BE= 3AD,AD⊥BE;
【解法提示】如解图①,延长 DA 交 BE 于点 H,∵ 将△CAB
绕点 C 按逆时针方向旋转 90°得到△CDE,∴ AC=DC= 1,
BC=CE= 3,∠ECB = ∠ACD = 90°,∴ AD = 2 ,BE = 3 2 ,
∠CAD= ∠ADC = 45°,∠CBE = ∠CEB = 45°,∴ BE = 3AD,
∠CAD= ∠EAH= 45°,∴ ∠EHA= 90°,∴ AD⊥BE.
第 4 题解图①
(2)线段 AD 与 BE 的数量关系,位置关系与(1)中结论一
致,理由如下:如解图②,延长 DA 交 BE 于点 H,
第 4 题解图②
∵ 将 △CAB 绕点 C 按逆时针方向旋转任意角度得
到△CDE,
∴ DC=AC= 1,CE=BC= 3,∠DCE= ∠ACB= 90°,
∠ECB= ∠ACD,
∴
AC
BC
=CD
CE
= 1
3
,∴ △BCE∽△ACD,
∴
AD
BE
= AC
BC
= 1
3
,∠CDA= ∠CEB,∴ BE= 3AD,
∵ ∠CEB+∠ENH= ∠CDA+∠CND = 90°,∴ ∠EHD = 90°,
∴ AD⊥BE;
(3)如解图③,过点 C 作 CN⊥AB 于点 N,
第 4 题解图③
∵ ∠ACB= 90°,AC= 1,BC= 3,
∴ AB= AC2 +BC2 = 1+9 = 10 ,
∵ CN⊥AB,∴ ∠ANC= 90° = ∠ACB,
又∵ ∠A= ∠A,∴ △ACN∽△ABC,∴
AC
AB
=AN
AC
,
88
参考答案与重难题解析·山东数学
专
项
培
优
练
∴ AN· 10 = 1,∴ AN=
10
10
,
∵ AC=DC,CN⊥AB,∴ AD= 2AN=
10
5
,
由(2)可知 BE= 3AD,∴ BE=
3 10
5
.
5.
(1)证明:设 AC=DE=a,
∵ ∠ABC= ∠DEF= 90°,∠BAC= 45°,
∴ ∠A= ∠C= 45°,∴ AB=BC,
∵ BM⊥AC,∴ BM=AM=CM=
1
2
AC=
1
2
a,
∵ ∠EDF= 30°,EN⊥DF,∴ EN=
1
2
DE=
1
2
a,∴ BM=EN;
(2)①证明:∵ ∠D= 30°,CN⊥DF,
∴ ∠CND= 90°,∠DCN= 90°-30° = 60°,
∵ α= ∠ACD= 30°,∴ ∠ACN= 90°,
∵ BM⊥AC,∴ ∠PMC= ∠BMC= 90°,
∴ 四边形 CNPM 为矩形,
∵ 由(1)知 BM=EN,即 BM=CN,而 BM=CM,
∴ CM=CN,∴ 矩形 CNPM 是正方形;
②解:当 30°<α< 60°时,线段 MP,DP,CD 的数量关系为
DP+MP
CD
= 3
2
,
证明:如解图①,当 30°<α<60°时,连接 CP,
第 5 题解图①
由(1)可得 CM=CN,∠PMC= ∠PNC= 90°,
∵ CP=CP,∴ Rt△PMC≌Rt△PNC(HL),
∴ PM=PN,∴ MP+DP=PN+DP=DN,
∵ ∠D= 30°,∴ cosD=
DN
CD
=DP
+MP
CD
= cos30° =
3
2
,
∴
DP+MP
CD
= 3
2
,
∴ 当 30° < α < 60°时,线段 MP,DP,CD 的数量关系为
DP+MP
CD
= 3
2
;
当 60° < α < 120° 时, 线段 MP, DP, CD 的数量关系为
MP-DP
CD
= 3
2
.
【解法提示】如解图②,当 60°<α< 120°时,连接 CP,同理
可得,Rt△PMC≌Rt△PNC(HL),∴ PM=PN,∴ DN =PN-
DP=MP-DP,∵ ∠CDF = 30°,∴ cos∠CDF =
DN
CD
= MP
-DP
CD
= cos30° =
3
2
,∴
MP-DP
CD
= 3
2
,∴ 当 60°<α<120°时,线段
MP,DP,CD 的数量关系为
MP-DP
CD
= 3
2
.
第 5 题解图②
6.
解:(1)四边形 MBNE 是矩形.
理由:∵ AE=
1
2
EC,AM=
1
2
MB,
∴
AE
AC
=AM
AB
= 1
3
,
又∵ ∠MAE= ∠BAC,
∴ △AME∽△ABC,
∴ ∠AME= ∠B.
∵ 四边形 ABCD 为正方形,
∴ ∠AME= ∠B= 90°,
∴ ∠EMB= 180°-∠AME= 180°-90° = 90°.
∵ 四边形 EFGH 为正方形,
∴ ∠FEH= 90°,即∠MEN= 90°,
∴ ∠EMB= ∠B= ∠MEN= 90°,
∴ 四边形 MBNE 是矩形;
(2)EN= 2EM.
证明:如解图①,过点 E 作 EQ⊥BC,EP⊥AB,垂足分别是
Q,P,
第 6 题解图①
∴ ∠EPB= ∠EQB= 90°.
∵ 四边形 ABCD 为正方形,
∴ ∠ABC= 90°,
∴ ∠EPB= ∠EQB=
∠PBQ= 90°,
∴ 四边形 PBQE 是矩形,
∴ PE=BQ,AB∥EQ,
∴
AE
EC
=BQ
QC
= 1
2
.
∵ 四边形 ABCD 为正方形,AC 为对角线,
∴ ∠ACB= 45°,即∠ECQ= 45°.
∵ ∠EQC= 90°,∴ EQ=QC,
∴
PE
EQ
=BQ
QC
= 1
2
.
∵ 四边形 EFGH 为正方形,∴ ∠FEH= 90°.
∵ 四边形 PBQE 为矩形,∴ ∠PEQ= 90°.
即∠MEP+∠PEN= ∠PEN+∠NEQ= 90°,
∴ ∠MEP= ∠NEQ.
又∵ ∠MPE= ∠NQE= 90°,∴ △MPE∽△NQE.
∴
EM
EN
=PE
QE
= 1
2
,即 EN= 2EM;
(3)如解图②,过点 E 作 EQ⊥BC,EP⊥AB,垂足分别是
Q,P,
通过(2)得△MPE∽△NQE,
98
参考答案与重难题解析·山东数学
专
项
培
优
练
第 6 题解图②
∴
PM
QN
=PE
QE
= 1
2
.
∵ ∠APE= ∠B= 90°,
∴ PE∥BC,
∴
AP
PB
= AE
EC
= 1
2
,
又∵ AB= 3,
∴ AP= 1,BP= 2.
∵ AC 为正方形 ABCD 的对角线,
∴ ∠PAE= 45°,∴ AP=PE= 1,
由(2)知四边形 PBQE 为矩形,
∴ PE=BQ= 1.
∵
PM
QN
= 1
2
,
设 PM= x,则 QN= 2x,
∵ AM=CN,∴ BM=BN,
∴ 2-x= 1+2x,解得
x=
1
3
,
∴ AM=AP+PM= 1+
1
3
= 4
3
.
7.
解:(1)①∠ACD,②
AC
AD
;
(2)△AEB 是直角三角形,理由如下:
∵ ∠ACE= ∠AFC,∠CAE= ∠FAC,∴ △ACF∽△AEC,
∴
AC
AF
=AE
AC
,∴ AC2 =AF·AE,
由(1)得 AC2 =AD·AB,∴ AF·AE=AD·AB,∴
AF
AB
=AD
AE
,
∵ ∠FAD= ∠BAE,∴ △AFD∽△ABE,
∴ ∠AEB= ∠ADF= 90°,∴ △AEB 是直角三角形;
(3)∵ ∠CEB= ∠CBD,∠ECB= ∠BCD,
∴ △CEB∽△CBD,
∴
CE
CB
=CB
CD
,∴ CD·CE=CB2 = 24.
如解图,以点 A 为圆心,2 为半径作☉A,则 C,D 都在☉A
上,延长 CA 到 E0 ,使 CE0 = 6,交☉A 于点 D0 ,则 CD0 = 4,
∠CDD0 = 90°,
第 7 题解图
∴ CD0 ·CE0 = 24 =CD·CE,则
CD0
CE
= CD
CE0
,
∵ ∠ECE0 = ∠D0CD,∴ △ECE0 ∽△D0CD,
∴ ∠CE0E= ∠CDD0 = 90°,
∴ 点 E 在过点 E0 且与 CE0 垂直的直线上运动,
过点 B 作 BE′⊥E0E,垂足为 E′,BE′即为最短的 BE,连
接 CE′,
∵ ∠BCE0 = ∠CE0E′= ∠BE′E0 = 90°,
∴ 四边形 CE0E′B 是矩形,
∴ E0E′=BC= 2 6 ,
在 Rt△CE0E′中,CE′= (2 6 ) 2 +62 = 2 15 ,
∴ 当线段 BE 的长度取得最小值时,CE= 2 15 .
8.
(1)证明:∵ 四边形 ABCD 是正方形,
∴ ∠BAC= ∠BCA= 45°,∠ABC= 90°,AB=BC,
∵ BE⊥BF,CF⊥AC,∴ ∠EBF= ∠ECF= 90° = ∠ABC,
∴ ∠ABE= ∠CBF,∠BCF= 45° = ∠BAC,
∴ △ABE≌△CBF(ASA),∴ BE=BF;
(2)解:∵ BE⊥BF,CF⊥AC,∴ ∠EBF= ∠ECF= 90°,
根据直径所对的圆周角是 90°,可得点 C,E,B,F 在以 EF
为直径的圆上,
∴ 点 C,E,B,F 四点共圆,
∴ ∠ACB= ∠EFB= 60°,∴ ∠BAE= ∠BEF= 30°,
∴ AB= 3BC,BE= 3BF,∴
AB
BC
=EB
BF
= 3 ,
∵ ∠EBF= ∠ABC,∴ ∠ABE= ∠CBF,
∴ △ABE∽△CBF,∴
CF
AE
=BC
AB
= 3
3
;
(3)解:线段 CF 的长为 2 3 -2 或 2 3 +2. 【解法提示】当
E 在线段 AC 上时,由( 2) 知
CF
AE
= BC
AB
= 3
3
,∵ AB = 4 3 ,
∴ CB= 4,∵ △ABE∽△CBF,∴ ∠ABE = ∠CBF,∴ ∠EBF
= ∠EBC+∠CBF = ∠EBC+∠ABE = ∠ABC = 90°,∵ M 为
EF 的中点,∴ BM =
1
2
EF,由(2)知∠ACF = 90°,∴ CM =
1
2
EF, ∴ BM = CM, 又 ∵ △CBM 是直角三角形, 且当
∠MBC= 90°或∠MCB = 90°时,点 M 不存在,∴ ∠BMC =
90°,∴ CM=
2
2
BC= 2 2 ,∴ EF = 2CM = 4 2 ,设 CF = x,则
AE= 3 x, ∵ ∠CAB= 30°,BC = 4,∴ AC = 2BC = 8,∴ CE =
AC-AE= 8- 3 x,∵ ∠ECF = 90°,∴ CE2 +CF2 = EF2 ,∴ x2 +
(8- 3 x) 2 = 32,∴ x = 2 3 -2 或 x = 2 3 +2(不合题意,舍
去);如解图,当 E 在 AC 延长线上时,设 CF = x,则 AE =
3 x,∴ CE= 3 x-8,∵ ∠ECF = 90°,∴ CE2 +CF2 = EF2 ,∴
x2 +( 3 x-8) 2 = 32,解得 x= 2 3 -2(不合题意,舍去)或 x
= 2 3 +2,综上所述,CF 的长为 2 3 -2 或 2 3 +2.
第 8 题解图
9.
(1)证明:如解图①,设 CD 与 EF 相交于点 M,
09