例4 (2024·成都)数学活动课上,同学们将两张完全相同的三角形纸片完全重合放置,固定一个顶点,然后将其中一张纸片绕这个顶点旋转,来探究图形旋转的性质.在三角形纸片ABC和三角形纸片ADE中,AB=AD=3,BC=DE=4,∠ABC=∠ADE=90°.
(1)如图①,连接BD,CE,在纸片ADE绕点A旋转的过程中,试探究$\frac{BD}{CE}$的值.
(2)如图②,三角形在纸片ADE绕点A旋转的过程中,当点D恰好落在△ABC的中线BM的延长线上时,延长ED交AC于点F,求CF的长.
(3)在三角形纸片ADE绕点A旋转的过程中,C,D,E三点能否构成直角三角形?若能,请直接写出所有直角三角形CDE的面积;若不能,请说明理由.

分析 (1)证明△ADB∽△AEC,将$\frac{BD}{CE}$转化为$\frac{AB}{AC}$即可;
(2)连接CE,延长BM交CE于点Q,连接AQ交EF于点P,延长EF交BC于点N.由△ADB∽△AEC,得∠ABD=∠ACE,求出$BM=AM=CM=\frac{1}{2}AC=\frac{5}{2}$,证明AB//CE,即可得△BAM≌△QCM,从而得矩形ABCQ,再证△EQP≌△ADP,求出AP,CN的长,最后由△APF∽△CNF求出CF的长即可;
(3)条件的本质是点D,E不动,点C在以点A为圆心,AC长为半径的圆上运动,分∠CDE=90°,∠CED=90°,∠DCE=90°三种情形讨论即可.
(1)如图①,连接BD,CE,在纸片ADE绕点A旋转的过程中,试探究$\frac{BD}{CE}$的值.
(2)如图②,三角形在纸片ADE绕点A旋转的过程中,当点D恰好落在△ABC的中线BM的延长线上时,延长ED交AC于点F,求CF的长.
(3)在三角形纸片ADE绕点A旋转的过程中,C,D,E三点能否构成直角三角形?若能,请直接写出所有直角三角形CDE的面积;若不能,请说明理由.
分析 (1)证明△ADB∽△AEC,将$\frac{BD}{CE}$转化为$\frac{AB}{AC}$即可;
(2)连接CE,延长BM交CE于点Q,连接AQ交EF于点P,延长EF交BC于点N.由△ADB∽△AEC,得∠ABD=∠ACE,求出$BM=AM=CM=\frac{1}{2}AC=\frac{5}{2}$,证明AB//CE,即可得△BAM≌△QCM,从而得矩形ABCQ,再证△EQP≌△ADP,求出AP,CN的长,最后由△APF∽△CNF求出CF的长即可;
(3)条件的本质是点D,E不动,点C在以点A为圆心,AC长为半径的圆上运动,分∠CDE=90°,∠CED=90°,∠DCE=90°三种情形讨论即可.
答案
(1)$\frac{3}{5}$;(2)$\frac{70}{39}$;(3)4,12,16,$\frac{48}{13}$。
解析
(1)在Rt△ABC和Rt△ADE中,AB=AD=3,BC=DE=4,∠ABC=∠ADE=90°,由勾股定理得AC=AE=5。旋转中∠BAD=∠CAE,且$\frac{AB}{AC}=\frac{AD}{AE}=\frac{3}{5}$,故△ADB∽△AEC,$\frac{BD}{CE}=\frac{AB}{AC}=\frac{3}{5}$。
(2)以B为原点,BC为x轴,BA为y轴建立坐标系,B(0,0),A(0,3),C(4,0),AC中点M(2,1.5),BM方程为$y=\frac{3}{4}x$。设D(4t,3t),由AD=3得$\sqrt{(4t)^2+(3t-3)^2}=3$,解得$t=\frac{18}{25}$,D($\frac{72}{25},\frac{54}{25}$)。E为D沿DE(向量$(\frac{28}{25},\frac{96}{25})$)平移得E(4,6)。直线ED:$y=\frac{24}{7}x-\frac{126}{35}$,与AC:$y=-\frac{3}{4}x+3$交于F($\frac{100}{39},\frac{14}{13}$),CF=$\sqrt{(4-\frac{100}{39})^2+(0-\frac{14}{13})^2}=\frac{70}{39}$。
(3)能,面积为4,12,16,$\frac{48}{13}$。
(2)以B为原点,BC为x轴,BA为y轴建立坐标系,B(0,0),A(0,3),C(4,0),AC中点M(2,1.5),BM方程为$y=\frac{3}{4}x$。设D(4t,3t),由AD=3得$\sqrt{(4t)^2+(3t-3)^2}=3$,解得$t=\frac{18}{25}$,D($\frac{72}{25},\frac{54}{25}$)。E为D沿DE(向量$(\frac{28}{25},\frac{96}{25})$)平移得E(4,6)。直线ED:$y=\frac{24}{7}x-\frac{126}{35}$,与AC:$y=-\frac{3}{4}x+3$交于F($\frac{100}{39},\frac{14}{13}$),CF=$\sqrt{(4-\frac{100}{39})^2+(0-\frac{14}{13})^2}=\frac{70}{39}$。
(3)能,面积为4,12,16,$\frac{48}{13}$。
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