在$△ ABC$中,$∠ C=90°$,$∠ CAB=α(0°<α<45°)$,将$△ ABC$绕点$A$逆时针旋转,旋转角为$β(α<β<180°)$,记点$B,C$的对应点分别为点$D,E$.
(1)若$△ ABC$和线段$AD$如图所示,请在图中作出$△ ADE$(要求:尺规作图,不写作法,保留作图痕迹).
(2)$M$是$AB$的中点,$N$是点$M$旋转后的对应点,连接$MN,CD,BD$,是否存在$β$与$α$的某种数量关系,使得无论$α$取何值时,都有$MN=CD$?若存在,请说明理由,并直接写出此时$BC$与$BD$的数量关系;若不存在,请说明理由.

(1)若$△ ABC$和线段$AD$如图所示,请在图中作出$△ ADE$(要求:尺规作图,不写作法,保留作图痕迹).
(2)$M$是$AB$的中点,$N$是点$M$旋转后的对应点,连接$MN,CD,BD$,是否存在$β$与$α$的某种数量关系,使得无论$α$取何值时,都有$MN=CD$?若存在,请说明理由,并直接写出此时$BC$与$BD$的数量关系;若不存在,请说明理由.
答案
(1)如图,△ADE即为所求。
(2)当$β=2α$时,$MN=CD$.
理由:如图。
∵ $β=2α$,
∴ $∠ BAC=∠ DAC$.
∵ $AB=AD,AC=AC$,
∴ $△ ACB≌△ ACD$.
∴ $∠ ACB=∠ ACD=90°,CB=CD$.
∴ $∠ BCD=∠ ACB+∠ ACD=180°$.
∴ $B,C,D$三点共线.
∵ $M$是$AB$的中点,
∴ $AM=MB$.
由旋转知,$AN=ND$.
∴ $MN$是$△ ABD$的中位线.
∴ $MN=\frac{1}{2}BD=CD$,此时 $BD=2BC$.
解析
【分析】
(1) 第一问是旋转类尺规作图,依据旋转的性质:旋转前后对应角相等、对应边相等,只需先作∠DAE=∠CAB,再截取AE=AC,最后连接DE即可得到△ADE。
(2) 第二问要探究MN=CD时β和α的数量关系,首先结合旋转性质可得AB=AD、AM=AN,已知M是AB中点,可推出N是AD中点,即MN是△ABD的中位线,因此MN=½BD,要使MN=CD,只需CD=½BD,再通过全等三角形的判定推导角的关系,即可得到β与α的数量关系,进一步得到BC和BD的数量关系。
【解析】
(1) 按尺规作图要求,以A为顶点作∠DAE=∠CAB,在角的边上截取AE=AC,连接DE,保留作图痕迹即可得到△ADE。
(2) 存在β=2α使得MN=CD,理由如下:
如图
∵ β=2α,
∴ ∠BAC=∠DAC=α,
∵ AB=AD,AC=AC,
∴ △ACB≌△ACD(SAS),
∴ ∠ACB=∠ACD=90°,CB=CD,
∴ ∠BCD=∠ACB+∠ACD=180°,即B、C、D三点共线。
∵ M是AB的中点,N是M旋转后的对应点,
∴ AM=AN,又AB=AD,AM=½AB,
∴ AN=½AD,即N是AD中点,
∴ MN是△ABD的中位线,
∴ MN=½BD=CD,此时BD=BC+CD=2BC。
【答案】
(1) 如图,△ADE即为所求。
(2) 当β=2α时,MN=CD,此时BD=2BC。
【知识点】
旋转的性质,全等三角形的判定与性质,三角形中位线定理
【点评】
本题综合考查了尺规作图、旋转性质、全等三角形和中位线的相关知识,既锻炼动手操作能力,又考查逻辑推导能力,需要结合已知条件寻找边角的等量关系,逐步推导得到结论。
【难度系数】
0.6
(1) 第一问是旋转类尺规作图,依据旋转的性质:旋转前后对应角相等、对应边相等,只需先作∠DAE=∠CAB,再截取AE=AC,最后连接DE即可得到△ADE。
(2) 第二问要探究MN=CD时β和α的数量关系,首先结合旋转性质可得AB=AD、AM=AN,已知M是AB中点,可推出N是AD中点,即MN是△ABD的中位线,因此MN=½BD,要使MN=CD,只需CD=½BD,再通过全等三角形的判定推导角的关系,即可得到β与α的数量关系,进一步得到BC和BD的数量关系。
【解析】
(1) 按尺规作图要求,以A为顶点作∠DAE=∠CAB,在角的边上截取AE=AC,连接DE,保留作图痕迹即可得到△ADE。
(2) 存在β=2α使得MN=CD,理由如下:
如图
∵ β=2α,
∴ ∠BAC=∠DAC=α,
∵ AB=AD,AC=AC,
∴ △ACB≌△ACD(SAS),
∴ ∠ACB=∠ACD=90°,CB=CD,
∴ ∠BCD=∠ACB+∠ACD=180°,即B、C、D三点共线。
∵ M是AB的中点,N是M旋转后的对应点,
∴ AM=AN,又AB=AD,AM=½AB,
∴ AN=½AD,即N是AD中点,
∴ MN是△ABD的中位线,
∴ MN=½BD=CD,此时BD=BC+CD=2BC。
【答案】
(1) 如图,△ADE即为所求。
(2) 当β=2α时,MN=CD,此时BD=2BC。
【知识点】
旋转的性质,全等三角形的判定与性质,三角形中位线定理
【点评】
本题综合考查了尺规作图、旋转性质、全等三角形和中位线的相关知识,既锻炼动手操作能力,又考查逻辑推导能力,需要结合已知条件寻找边角的等量关系,逐步推导得到结论。
【难度系数】
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