19. 提升题 如图①,$P$是等边三角形$ABC$内一点,已知$PA = 3$,$PB = 4$,$PC = 5$,求$∠ APB$的度数。
小明的思路:要直接求$∠ APB$的度数显然很困难,注意到条件中的三边长恰好是一组勾股数,因此考虑借助旋转把这三边集中到一个三角形内。如图②,作$∠ PAD = 60^{\circ}$,使$AD = AP$,连接$PD$,$CD$,则$△ PAD$是等边三角形……
(1) 请你顺着小明的思路,完成求$∠ APB$的度数的过程;
(2) 如图③,$P$是等边三角形$ABC$外一点,已知$PA = 5$,$PB = 12$,$PC = 13$,求$∠ APB$的度数。

小明的思路:要直接求$∠ APB$的度数显然很困难,注意到条件中的三边长恰好是一组勾股数,因此考虑借助旋转把这三边集中到一个三角形内。如图②,作$∠ PAD = 60^{\circ}$,使$AD = AP$,连接$PD$,$CD$,则$△ PAD$是等边三角形……
(1) 请你顺着小明的思路,完成求$∠ APB$的度数的过程;
(2) 如图③,$P$是等边三角形$ABC$外一点,已知$PA = 5$,$PB = 12$,$PC = 13$,求$∠ APB$的度数。
答案
(1)150°;(2)30°。
解析
(1)
∵△ABC为等边三角形,∴AB=AC,∠BAC=60°。
作∠PAD=60°,AD=AP,连接PD,CD,则△PAD为等边三角形,∴PD=AP=3,∠APD=60°。
∵∠BAP+∠PAC=60°,∠CAD+∠PAC=60°,∴∠BAP=∠CAD。
在△APB和△ADC中,AB=AC,∠BAP=∠CAD,AP=AD,∴△APB≌△ADC(SAS),∴DC=PB=4。
在△PDC中,PD=3,DC=4,PC=5,∵3²+4²=5²,∴△PDC为直角三角形,∠PDC=90°。
∵∠ADC=∠ADP+∠PDC=60°+90°=150°,且△APB≌△ADC,∴∠APB=∠ADC=150°。
(2)
将△APB绕点B顺时针旋转60°得△CQB,连接PQ。
∵△ABC为等边三角形,∴BA=BC,∠ABC=60°,∴BQ=BP=12,CQ=AP=5,∠PBQ=60°,∴△PBQ为等边三角形,∴PQ=PB=12,∠BQP=60°。
在△PQC中,PQ=12,CQ=5,PC=13,∵5²+12²=13²,∴△PQC为直角三角形,∠PQC=90°。
∴∠CQB=∠PQC-∠BQP=90°-60°=30°,∵△APB≌△CQB,∴∠APB=∠CQB=30°。
∵△ABC为等边三角形,∴AB=AC,∠BAC=60°。
作∠PAD=60°,AD=AP,连接PD,CD,则△PAD为等边三角形,∴PD=AP=3,∠APD=60°。
∵∠BAP+∠PAC=60°,∠CAD+∠PAC=60°,∴∠BAP=∠CAD。
在△APB和△ADC中,AB=AC,∠BAP=∠CAD,AP=AD,∴△APB≌△ADC(SAS),∴DC=PB=4。
在△PDC中,PD=3,DC=4,PC=5,∵3²+4²=5²,∴△PDC为直角三角形,∠PDC=90°。
∵∠ADC=∠ADP+∠PDC=60°+90°=150°,且△APB≌△ADC,∴∠APB=∠ADC=150°。
(2)
将△APB绕点B顺时针旋转60°得△CQB,连接PQ。
∵△ABC为等边三角形,∴BA=BC,∠ABC=60°,∴BQ=BP=12,CQ=AP=5,∠PBQ=60°,∴△PBQ为等边三角形,∴PQ=PB=12,∠BQP=60°。
在△PQC中,PQ=12,CQ=5,PC=13,∵5²+12²=13²,∴△PQC为直角三角形,∠PQC=90°。
∴∠CQB=∠PQC-∠BQP=90°-60°=30°,∵△APB≌△CQB,∴∠APB=∠CQB=30°。
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