25. (本小题 13 分)如图,四边形 $ ABCD $ 是正方形,连接 $ AC $,过点 $ C $ 作射线 $ CP ⊥ AC $,点 $ E $ 在边 $ BC $ 上,画射线 $ EA $,将射线 $ EA $ 绕点 $ E $ 顺时针旋转 $ 90^{\circ} $ 与 $ CP $ 交于点 $ F $.
(1) 依题意补全图形;
(2) 求证:$ AE = EF $;
(3) 用等式表示线段 $ CA,CE,CF $ 之间的数量关系,并给出证明.

(1) 依题意补全图形;
(2) 求证:$ AE = EF $;
(3) 用等式表示线段 $ CA,CE,CF $ 之间的数量关系,并给出证明.
答案
(1) 补全图形如下:(此处需根据题意画出正方形ABCD,连接AC,过C作CP⊥AC,E在BC上,作射线EA并绕E顺时针旋转90°交CP于F)
(2) 证明:过点F作FG⊥BC,交BC延长线于点G。
∵四边形ABCD是正方形,∴AB=BC,∠B=∠BCD=90°,∠ACB=45°。
∵CP⊥AC,∴∠ACP=90°,∴∠FCE=∠ACP-∠ACB=45°。
∵FG⊥BC,∴∠FGC=90°,△FGC为等腰直角三角形,∴FG=CG。
∵EA绕点E顺时针旋转90°得EF,∴∠AEF=90°,∴∠AEB+∠FEG=90°。
∵∠BAE+∠AEB=90°,∴∠BAE=∠FEG。
在△ABE和△EGF中,
∠BAE=∠GEF,
∠B=∠EGF=90°,
AB=EG(设CE=m,BE=a-m,FG=CG=a-m,EG=EC+CG=m+(a-m)=a=AB),
∴△ABE≌△EGF(AAS),∴AE=EF。
(3) 数量关系:CA=CF+√2CE。
证明:设正方形边长为a,CE=m,则BE=a-m。
由(2)知FG=BE=a-m,△FGC为等腰直角三角形,∴CF=√(CG²+FG²)=√2(a-m)。
CA为正方形对角线,CA=√2a。
∵√2CE+CF=√2m+√2(a-m)=√2a=CA,∴CA=CF+√2CE。
(2) 证明:过点F作FG⊥BC,交BC延长线于点G。
∵四边形ABCD是正方形,∴AB=BC,∠B=∠BCD=90°,∠ACB=45°。
∵CP⊥AC,∴∠ACP=90°,∴∠FCE=∠ACP-∠ACB=45°。
∵FG⊥BC,∴∠FGC=90°,△FGC为等腰直角三角形,∴FG=CG。
∵EA绕点E顺时针旋转90°得EF,∴∠AEF=90°,∴∠AEB+∠FEG=90°。
∵∠BAE+∠AEB=90°,∴∠BAE=∠FEG。
在△ABE和△EGF中,
∠BAE=∠GEF,
∠B=∠EGF=90°,
AB=EG(设CE=m,BE=a-m,FG=CG=a-m,EG=EC+CG=m+(a-m)=a=AB),
∴△ABE≌△EGF(AAS),∴AE=EF。
(3) 数量关系:CA=CF+√2CE。
证明:设正方形边长为a,CE=m,则BE=a-m。
由(2)知FG=BE=a-m,△FGC为等腰直角三角形,∴CF=√(CG²+FG²)=√2(a-m)。
CA为正方形对角线,CA=√2a。
∵√2CE+CF=√2m+√2(a-m)=√2a=CA,∴CA=CF+√2CE。
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