内容正文:
动态探究
1
例1 如图1,在矩形ABCD中,BD为其对角线,一动点P
从D出发,沿着D→B→C的路径行进,过点P作PQ⊥CD,
垂足为Q.设点P的运动路程为x,PQ-DQ为y,y与x的函
数图象如图2,则AD的长为( )
A. B.
C. D.
类型一
动点问题(函数)
B
2
【解析】由图象,得CD=2.当BD+BP=4时,PQ=CD=2.设AD-CD=a,则BD=4-a.在Rt△BCD中,BD2-BC2=CD2,即(4-a)2-(a+2)2=22.解得a=.∴AD=a+2=.故选B.
3
1.(2019·达州) 如图,边长都为4的正方形ABCD和正三角形EFG如图放置,AB与EF在一条直线上,点A与点F重合.现将△EFG沿AB方向以每秒1个单位的速度匀速运动,当点F与点B重合时停止.在这个运动过程中,正方形ABCD和△EFG重叠部分的面积S与运动时间t的函数图象大致是( )
针对训练
C
2.(2025·齐齐哈尔) 如图,在菱形ABCD中,∠A=
60°,AB=4,动点E从点A出发沿边AB→BC匀速运动,
运动到点C时停止,过点E作AD的垂线l,在点E运动过
程中,垂线l扫过菱形(即阴影部分)的面积为y,点E运动
的路程为x(x>0).下列图象能反映y与x之间函数关系的是( )
A
A B C D
3.(2025·天津) 如图,在四边形ABCD中,AD∥BC,∠B=90°,AB=8 cm,AD=10 cm,BC=16 cm.动点M从点B出发,以2 cm/s的速度沿边BA、边AD向终点D运动;动点N从点C同时出发,以1 cm/s的速度沿边CB向终点B运动.规定其中一个动点到达终点时,另一个动点也随之停止运动.设运动的时间为t s.当t=2 s时,点M,N的位置如图所示.有下列结论:
①当t=6时,CN=DM;
②当1≤t≤2时,△BMN的最大面积为26 cm2;
③t有两个不同的值满足△BMN的面积为39 cm2.
其中,正确结论的个数是( )
A.0 B.1 C.2 D.3
C
4.(2025·眉山) 如图1,在Rt△ABC中,∠C=90°,
点D在AC上,CD=,动点P在Rt△ABC的边上沿
C→B→A方向以每秒1个单位长度的速度匀速运动,
到达点A时停止,以DP为边作正方形DPEF.设点P的
运动时间为t秒,正方形DPEF的面积为S.当点P由点
B运动到点A时,如图2,S是关于t的二次函数.在3个
时刻t1,t2,t3(t1<t2<t3)对应的正方形DPEF的面积
均相等.下列4个结论:①当t=1时,S=3;②点P在线段BA上时S=2t2-16t
+34;③AD=4;④t1+t2=4.其中正确结论的个数是( )
A.1 B.2 C.3 D.4
图1 图2
B
5.(2020·达州) 如图,在梯形ABCD中,AB∥CD,∠B=90°,AB=
6 cm,CD=2 cm.P为线段BC上的一动点,且和B,C不重合,连接PA,过点P作PE⊥PA交射线CD于点E.聪聪根据学习函数的经验,对这个问题进行了研究:
(1)通过推理,他发现△ABP∽△PCE,请你帮他完成证明;
证明:∵AB∥CD,∴∠B+∠C=180°.
∵∠B=90°,∴∠B=∠C=90°.
∵AP⊥PE,∴∠APE=90°.
∴∠APB+∠EPC=90°.
又∠EPC+∠PEC=90°,∴∠APB=∠PEC.
∴△ABP∽△PCE.
(2)利用几何画板,他改变BC的长度,运动点P,得到不
同位置时,CE,BP的长度的对应值:
当BC=6 cm时,得表1:
BP/cm … 1 2 3 4 5 …
CE/cm … 0.83 1.33 1.50 1.33 0.83 …
当BC=8 cm时,得表2:
BP/cm … 1 2 3 4 5 6 7 …
CE/cm … 1.17 2.00 2.50 2.67 2.50 2.00 1.17 …
这说明,点P在线段BC上运动时,要保证点E总在线段CD上,BC的长度应有一定的限制.
①填空:根据函数的定义,我们可以确定,在BP和CE的长度这两个变量中,__________的长度为自变量,__________的长度为因变量;
BP
CE
②设BC=m cm,当点P在线段BC上运动时,点E总在线段CD上,求m的取值范围.
解:设BP=x cm,CE=y cm.
∵△ABP∽△PCE,∴.
∴.
∴y=-x2+mx=-.
∵-<0,∴当x=m时,y有最大值.
∵点E在线段CD上,CD=2 cm,
∴≤2,∴m≤4.∴0<m≤4.
例2 (2022·达州) 某校一数学兴趣小组在一次合作探究活
动中,将两块大小不同的等腰直角三角形ABC和等腰直
角三角形CDE,按如图1的方式摆放,∠ACB=∠ECD=
90°,随后保持△ABC不动,将△CDE绕点C按逆时针方
向旋转α(0°<α<90°),连接AE,BD,延长BD交AE于点F,连接CF.该数学兴趣小组进行如下探究,请你帮忙解答:
类型二
旋转问题
13
【初步探究】
(1)如图2,当ED∥BC时,则α=__________;
45°
(2)如图3,当点E,F重合时,请直接写出AF,BF,CF之间的数量关
系:____________________;
解:[∵△ABC和△CDE都是等腰直角三角形,
∴∠DCE=∠ACB,AC=BC,CE=CD,DF=CF.
∴∠ACE=∠BCD.∴△ACE≌△BCD(SAS).
∴AF=AE=BD.∵BF=BD+DF,∴BF=AF+CF.]
BF=AF+CF
【深入探究】
(3)如图4,当点E,F不重合时,(2)中的结论是否仍然成
立?若成立,请给出推理过程;若不成立,请说明理由;
解:当点E,F不重合时,(2)中的结论仍然成立.
理由:由(2)知,△ACE≌△BCD(SAS).
∴∠CAF=∠CBD.
图4中,过点C作CG⊥CF交BF于点G.
∵∠ACF+∠ACG=90°,∠ACG+∠BCG=90°,
∴∠BCG=∠ACF.
又∵∠CBG=∠CAF,BC=AC,
∴△BCG≌△ACF(ASA).
∴CG=CF,BG=AF.
∴△GCF为等腰直角三角形.
∴GF=CF.
∴BF=BG+GF=AF+CF.
【拓展延伸】
(4)如图5,在△ABC与△CDE中,∠ACB=∠DCE=90°,若BC=mAC,CD=mCE(m为常数).保持△ABC不动,将△CDE绕点C按逆时针方向旋转α(0°<α<90°),连接AE,BD,延长BD交AE于点F,连接CF,如图6.试探究AF,BF,CF之间的数量关系,并说明理由.
解:BF=mAF+·CF.
理由:由(2)知,∠ACE=∠BCD.
而BC=mAC,CD=mCE,即=m,∴△BCD∽△ACE.∴∠CBD=∠CAE.
图6中,过点C作CG⊥CF交BF于点G.
由(3)知,∠BCG=∠ACF.
∴△BGC∽△AFC.∴=m.
∴BG=mAF,CG=mCF.
在Rt△CGF中,GF=
·CF.
∴BF=BG+GF=mAF+·CF.
6.(2025·兰州) 【提出问题】数学讨论课上,小明绘制如图1所示的图形,正方形ABCD与正方形BEFG(AB>BE),点E,G分别在AB,BC上.根据图形提出问题:如图2,将正方形BEFG绕点B顺时针旋转,旋转角为α(0°<α<180°),直线AE与CG相交于点H,连接BH,探究线段AH,BH,CH之间的数量关系.
针对训练
【解决问题】(1)小明将上述问题特殊化,如图3,当点G,H重合时,请你写出AH,BH,CH之间的数量关系,并说明理由;
解:AH=CH+BH.理由:图3中,当点G,
H重合时,在正方形ABCD与正方形BEFG中,
AB=CB,BE=BH,∠ABC=∠EBH=90°,
∴EH=BH,∠ABE=90°-∠EBC=∠CBG.∴△ABE≌△CBG(SAS).∴AE=CG.
∴AH=AE+EH=CH+BH.
(2)小明借鉴(1)中特殊化的解题策略后,再解决如图2所示的一般化问题,当点G,H不重合时,请你写出AH,BH,CH之间的数量关系,并说明理由;
解:AH=CH+BH.理由:图2中,在AE上截取AM=CH,同(1)可得△ABE≌△CBG(SAS).∴∠BCH=∠BAM.
又∵AB=CB,∴△MAB≌△HCB(SAS).
∴∠ABM=∠CBH,BM=BH.
∴∠MBH=∠EBM+∠EBC+∠CBH=
∠EBM+∠EBC+∠ABM=∠ABC=90°.
∴△MBH是等腰直角三角形.∴MH=BH.
∵AH=AM+MH,∴AH=CH+BH.
【拓展问题】(3)小明将图2所示问题中的旋转角α的范围再扩大,将正
方形BEFG绕点B顺时针旋转,旋转角为α(180°<α<360°),直线AE
与CG相交于点H,连接BH,请直接写出AH,BH,CH之间的数量关系.
解:CH=AH+BH.
[如图,在CG上截取CM=AH.同(1)可得△ABE≌
△CBG(SAS).∴AE=CG,∠BCH=∠BAH.
又∵∠BCH=∠HAB,CB=AB,
∴△CBM≌△ABH(SAS).
∴BH=BM,∠CBM=∠ABH.
同(2)可得△MBH是等腰直角三角形.
∴MH=BH.∵CH=CM+MH,
∴CH=AH+BH.]
7.(2025·贵州)如图,在菱形ABCD中,∠ABC=60°,P为线段AC上一动点,E为射线BP上的一点(点E与点B不重合).
【问题解决】(1)如图1,若点P与线段AC的中点O重合,则∠PBC=__________°,线段BP与线段AC的位置关系是__________;
30
BP⊥AC
【问题探究】(2)如图2,在点P的运动过程中,点E
在线段BP上,且∠AEP=30°,∠PEC=60°,探
究线段BE与线段EC的数量关系,并说明理由;
解:CE=2BE.理由:图2中,把△ABE绕点B顺
时针旋转60°得到△CBQ.∴BE=BQ,∠EBQ=
60°,∠AEB=∠CQB.∴△BEQ为等边三角形.
∴∠BEQ=∠BQE=60°,BE=EQ.
∵点E在线段BP上,且∠AEP=30°,∠PEC=
60°,∴∠AEB=180°-30°=150°,∠BEC=180°-60°=120°. ∴∠BEQ=∠CEQ=60°,∠CQB=∠AEB=150°.∴∠EQC=150°-60°=90°.∴∠ECQ=90°-60°=30°.∴EC=2EQ=2BE.
【拓展延伸】(3)在点P的运动过程中,将线段EB绕
点E逆时针旋转120°得到EF,射线EF交射线BC于
点G,若BE=2FG,AB=5,求AP的长.
解:当点P在线段OA上,如答图1,设射线BP与AD
交于点H.
∵AH∥BC,∴∠AHB=∠CBH.
∵∠ABC=60°,∴∠BAD=120°=∠BEG.
∴△HAB∽△BEG.∴.
设FG=x,则EF=BE=2x.∴EG=3x.
∴.∴AH=.
∵AD∥BC,∴△APH∽△CPB.
∴.
易得△ABC为等边三角形,∴AC=AB=5.
∴AP=5×=2;
当点P在线段OC上时,如答图2,延长AD交BP于点H,同理可得∠AHB=∠PBC,∠BAH=∠BEG=120°.
∴△BAH∽△GEB.∴.
设BE=EF=2m,而BE=2FG,则GF=
EG=m.∴.∴AH=2AB=10.同理可得△APH∽△CPB,
则=2,AP=5×.
综上所述,AP的长为2或.
8.(2025·达高三诊) 在△ABC中,AC=BC,AC=6,∠ACB=α,D是BC边上任意一点,E是直线AD上一动点,连接BE,将BE绕点B顺时针旋转,旋转角为α,得到线段BF,连接EF.
(1)如图1,当点F在射线AD上时,试探究∠CAE与∠ABE的数量关系;
解:∠CAE=∠ABE.
理由:∵AC=BC,∠ACB=α,
∴∠CAB=∠CBA=.
图1
由旋转可得BE=BF,∠EBF=α.
∴∠BEF=∠BFE=.
∴∠CAB=∠BEF.
∵∠CAB=∠CAE+∠BAE,∠BEF=∠BAE+∠ABE,∴∠CAE=∠ABE.
图1
(2)如图2,BF∥AD,CG⊥AE于点G,2∠ABF-
3∠EBF=4∠BAE,说明:EG+BE=CG;
解:∵AC=BC,∠ACB=α,
∴∠CAB=∠CBA=.
同理可得∠BEF=∠BFE=.
∵BF∥AD,∴∠ABF+∠BAE=180°,∠AEB=∠EBF=α.
∴∠ABF=180°-∠BAE.
∵2∠ABF-3∠EBF=4∠BAE,
∴∠ABF=2∠BAE+α.
∴2∠BAE+α=180°-∠BAE.
∴3∠BAE=180°-α.∴∠BAE=60°-α.
∴∠CAE=∠CAB-∠BAE==30°.
∵CG⊥AE,∴∠AGC=90°.
∴AC=2CG,cos∠CAE=.
∴AG=AC.
图2中,过点C作CH⊥BE,垂足为H,则∠H=90°.
在△ACD和△BED中,∠ACD=∠AEB=α,∠ADC=∠BDE,∴∠CBH=∠CAG=30°.
又∵BC=AC,∠H=∠AGC=90°,
∴△BCH≌△ACG(AAS).
∴BH=AG=AC,CG=CH.
又∵CE=CE,∴Rt△CEG≌Rt△CEH(HL).
∴EG=EH.
∵EH=BH-BE,
∴EG=BH-BE=AC-BE=×2CG-BE=CG-BE,即EG+BE=CG.
(3)如图3,α=60°,点F在射线AD上,P是BE上一点且满足AF=3BP,在点D的运动过程中,求点P运动轨迹的长.
解:∵AC=BC,BE=BF,∠ACB=∠EBF=α=60°,
∴△ABC和△BEF都是等边三角形.
∴∠BFE=∠ACB=∠CAB=∠CBA=60°.
∴点F在△ABC的外接圆上.
图3
如答图,作△ABC的外接☉O,连接OC,
并延长CO交AB于点H,则CH垂直平分
AB,作点F关于OC的对称点F',则'
=,连接AF',BF'.
∴∠F'AC=∠FBC.∴∠F'AB=∠FBA.
又∵∠AF'B=∠BFA,AB=BA,
∴△ABF'≌△BAF(AAS).∴BF'=AF.
答图
如答图,连接OF',OB,在BF'上截取
BP'=BF',作P'M∥OF',P'M交OB于
点M,则△BMP'∽△BOF'.∴
.
∴MB=OB.∵OB=OF',∴MB=MP'.
∵△ABC是等边三角形,☉O是△ABC的外接圆,AC=6,
答图
∴BH=AB=3,∠OBH=30°.
∴OB==2.∴MB=MP'=.
∵BF'=AF,AF=3BP,∴.
∴点P在以点M为圆心,为半径的圆上,
点D在BC边上运动的过程中,当点D与点C
重合时,点P在边AB上(记为P″),此时点F与点C也重合.
答图
∴BP″=AF=AC=2;当点D与点B重合
时,点P与点B也重合.过点M作MG⊥AB于
点G.∴BG=BP″=1.
∴sin∠BMG=.
∴∠BMG=60°.∴∠BMP″=120°.
答图
∴劣弧″的长为π.
∴优弧″的长为2π×π=π,
即点P运动轨迹的长为π.
答图
例3 (2023·达州) (1)如图①,在矩形ABCD的AB边上取一点E,将△ADE沿DE翻折,使点A落在BC上的A'处,若AB=6,BC=10,求的值;
解:∵四边形ABCD是矩形,∴AD=BC=10,CD=
AB=6,∠A=∠B=∠C=90°.
由翻折性质,得AD=A'D=10,AE=A'E.
在Rt△A'CD 中,A'C==8.
类型三
折叠问题
44
∴A'B=BC-A'C=2.
设AE=A'E=x,则BE=AB-AE=6-x.
在Rt△A'BE 中,BE2+A'B2=A'E2,
即(6-x)2+22=x2.解得x=.
∴AE=,BE=6-.∴.
(2)如图②,在矩形ABCD的BC边上取一点E,将四边形ABED沿DE翻折,
使点B落在DC的延长线上B'处,若BC·CE=24,AB=6,求BE的值;
解:∵四边形ABCD是矩形,∴CD=AB=6,
AD=BC,∠A=∠B=∠BCD=90°.
由翻折性质,得A'B'=AB=6,A'D=AD,∠A'=
∠B=∠BCD=∠90°,A'D∥B'E.
∴∠EB'C=∠B'DA'.∴△EB'C∽△B'DA'.
∴,即.
又BC·CE=24,∴B'C==4.
∴B'D=B'C+CD=10.
在Rt△A'B'D中,A'D==8.
∴BC=AD=A'D=8.∴CE=24÷8=3.
∴BE=BC-CE=8-3=5.
(3)如图③,在△ABC中,∠BAC=45°,AD⊥BC,垂足为
点D,AD=10,AE=6,过点E作EF⊥AD交AC于点F,连
接DF,且满足∠DFE=2∠DAC,直接写出BD+EF的值.
解:BD+EF=. [∵AD⊥BC,EF⊥AD,∴EF∥BC.∴△AEF∽△ADC.
∵AD=10,AE=6,
∴,ED=4.∴CD=EF.
∴BD+EF=BD+CD=BC.
设EF=3k,CD=5k.
过点D作DH⊥AC于点H,
则∠CHD=∠ADC=90°.
∴∠CDH=90°-∠C=∠DAC.
∵EF∥BC,∴∠CDF=∠DFE=2∠DAC=2∠CDH.∴∠CDH=∠FDH.
又∵DH=DH,∠CHD=∠FHD=90°,
∴△CHD≌△FHD(ASA).
∴DF=CD=5k.
在Rt△EFD中,EF2+DE2=DF2,
即(3k)2+42=(5k)2.解得k=1.
∴EF=3,DF=CD=5.
在Rt△ADC中,AC==5.
过点B作BG⊥AC于点G,
则∠BGA=∠BGC=∠CHD=90°.
∴BG∥DH.∴∠CBG=∠CDH=∠DAC.
∴sin∠CBG=sin∠DAC=,
cos∠CBG=cos∠DAC=.
∵∠BAC=45°,∠AGB=90°,∴AG=BG.
在Rt△BCG中,BG=BC·cos∠CBG=BC,CG=BC·sin∠CBG=BC.
∵AG+CG=BG+CG=AC,
∴BC+BC=5.∴BC=.
∴BD+EF=BC=.]
9.(1)如图1,△ABC为等边三角形,点D,E分别为边AB,AC上的一点,将图形沿线段DE所在的直线翻折,使点A落在BC边上的点F处.求证:BF·CF=BD·CE;
证明:∵△ABC是等边三角形,
∴∠A=∠B=∠C=60°,
∴∠BDF+∠BFD=180°-∠B=120°.
由折叠知,∠DFE=∠A=60°.
针对训练
∴∠CFE+∠BFD=120°.
∴∠BDF=∠CFE.
又∵∠B=∠C=60°,∴△BDF∽△CFE.
∴.∴BF·CF=BD·CE.
(2)如图2,按图1的翻折方式,CF=,当DF∶EF=3∶2时,求tan∠DFB的值;
解:图2中,设AB=BC=a,BD=3x(x>0),则AD=AB-BD=a-3x.
过点D作DH⊥BC于点H,
则∠DHB=∠DHF=90°.
∵∠B=60°,∴BH=x,DH=x.
由(1)知,△BDF∽△CFE.∴.
55
∵DF∶EF=3∶2,∴.∴CF=2x.
∵CF=,∴2x=,解得x=.
∴BH=,BD=,DH=,
∴HF=BC-CF-BH=a-=a-.
由折叠的性质,得AD=DF=a-.
在Rt△DHF中,DH2+HF2=DF2,
∴.
解得a=4.∴HF=4-.
∴tan∠DFB=.
(3)如图3,在Rt△ABC中,∠A=90°,∠ABC=30°,AC=,D是AB边上的中点,射线BE与射线BA关于直线BC对称,点P是射线BE上一个动点,当∠DPC=60°时,求BP的长.
解:图3中,在Rt△ABC中,AC=,∠ABC=30°,
∴BC=2AC=2,AB=AC=3.
∵D是AB的中点,∴BD=AB=,
过点C作BC的垂线交BP的延长线于点Q,则∠BCQ=90°.在Rt△BCQ中,∠CBE=30°,
∴CQ==2.∴BQ=2CQ=4.
∵∠CBE=30°,∴∠Q=90°-∠CBE=60°.
∴∠DBP=∠ABC+∠CBE=60°=∠Q.
∴∠CPQ+∠PCQ=120°.
∵∠DPC=60°,∴∠BPD+∠CPQ=120°.
∴∠BPD=∠PCQ.∴△BDP∽△QPC.
∴,即.
∴BP=1或BP=3.
10.(2025·东安雄才学校一模) 学习完折叠之后,实践小组尝试对矩形纸片的折叠进行探究,折纸过程如下:
第一步:对折矩形纸片ABCD,使AD与BC重合,折痕为EF,把纸片展开;
第二步:分别沿过点B,D的直线翻折,使点A,C分别落在EF边上的点M,N处,折痕BG,DH分别交EF于点P,Q.
实践小组通过对不同矩形纸片进行操作,发现当所用矩形纸片的长宽比变化时,点M,N的位置也随之变化.
(1)如图1,当点M,N重合时,
①请写出一个30°的角:_______________________________;
②猜想四边形BHDG的形状为__________;
∠ABG=30°(答案不唯一)
菱形
图1
(2)如图2,当点M,N不重合时,可知四边形BHDG的形状是平行四边
形,不添加辅助线,请再写出一个平行四边形(不是矩形),并给出证明;
解:四边形BPQH和四边形DGPQ都是平行四边形.证明:由折叠的性质,
得四边形BCFE和四边形ADFE都是矩形.
∴BC∥EF∥AD,BC=EF=AD.
∵四边形BHDG是平行四边形,∴BG∥DH.
∴四边形BPQH和四边形DGPQ都是平行四边形.
图2
(3)若BC=3MN,直接写出的值.
解:设BE=a.分两种情况讨论如下:
①当点M在点N的左侧时,如答图1,由折叠的性
质,得AE=BE=a,AB=BM,EF⊥AB.
∴AB=BM=2a.在Rt△BME中,由勾股定理,
得EM=a.同理可得FN=a.
∴EF=EM+MN+FN=2a+MN.
答图1
由(2)可知BC=EF=AD.∴BC=2a+MN.
∵BC=3MN,∴3MN=2a+MN.
∴MN=a.∴BC=3MN=3a.
∴;
答图1
②当点M在点N的右侧时,如答图2,同理可得AB=2a,EM=FN=a.
∴EN+MN=MF+MN.∴EN=MF.
∴EF=EN+MN+MF=2EN+MN.
∵BC=EF=3MN,∴3MN=2EN+MN.
∴MN=EN=MF.∴MN=EM=.
∴BC=3MN=.∴.
综上所述,的值为或.
答图2
$