3. 【问题初探】
(1) 在数学活动课上,张老师给出如下问题:如图 5 - 2 - 35①,在 $△ ABC$ 中,$AB = AC$。点 $D$ 在 $△ ABC$ 外,连接 $AD$,$BD$,$CD$,且 $∠ BDC = ∠ BAC$。过 $A$ 作 $AE ⊥ BD$ 于点 $E$。请说明:$BE = CD + DE$。
如图 5 - 2 - 35②,小辉同学从结论的角度出发给出如下解题思路:在 $BD$ 上截取 $BF = CD$,连接 $AF$,将线段 $BE$,$CD$,$DE$ 之间的数量关系转化为线段 $DE$ 与 $EF$ 之间的数量关系。请你根据小辉同学的解题思路,写出解题过程。
【类比分析】
(2) 张老师发现小辉同学运用了转化思想,将三条线段之间的数量关系转化为两条线段之间的数量关系。为了帮助学生更好地感悟转化思想,张老师提出下面的问题,请你解答。如图 5 - 2 - 35③,$△ ABC$ 为等边三角形,$△ ACD$ 是等腰直角三角形,其中 $AC = AD$,$∠ CAD = 90°$,$AE$ 是 $CD$ 边上的中线,连接 $BD$ 交 $AE$ 与点 $F$。请说明:$BF = AF + DF$。
【学以致用】
(3) 如图 5 - 2 - 35④,在 $△ ABC$ 中,$AC = BC$,$∠ ACB = 90°$,点 $D$ 在 $AB$ 边上,过 $B$ 作 $BE ⊥ CD$ 交 $CD$ 延长线于点 $E$,延长 $EB$ 至点 $F$,连接 $CF$,使 $∠ BCF = ∠ ABE$,连接 $AF$ 交 $CD$ 于点 $G$,若 $BE = \frac{8}{3}$,$CE = \frac{22}{3}$,求 $△ EGF$ 的面积。

(1) 在数学活动课上,张老师给出如下问题:如图 5 - 2 - 35①,在 $△ ABC$ 中,$AB = AC$。点 $D$ 在 $△ ABC$ 外,连接 $AD$,$BD$,$CD$,且 $∠ BDC = ∠ BAC$。过 $A$ 作 $AE ⊥ BD$ 于点 $E$。请说明:$BE = CD + DE$。
如图 5 - 2 - 35②,小辉同学从结论的角度出发给出如下解题思路:在 $BD$ 上截取 $BF = CD$,连接 $AF$,将线段 $BE$,$CD$,$DE$ 之间的数量关系转化为线段 $DE$ 与 $EF$ 之间的数量关系。请你根据小辉同学的解题思路,写出解题过程。
【类比分析】
(2) 张老师发现小辉同学运用了转化思想,将三条线段之间的数量关系转化为两条线段之间的数量关系。为了帮助学生更好地感悟转化思想,张老师提出下面的问题,请你解答。如图 5 - 2 - 35③,$△ ABC$ 为等边三角形,$△ ACD$ 是等腰直角三角形,其中 $AC = AD$,$∠ CAD = 90°$,$AE$ 是 $CD$ 边上的中线,连接 $BD$ 交 $AE$ 与点 $F$。请说明:$BF = AF + DF$。
【学以致用】
(3) 如图 5 - 2 - 35④,在 $△ ABC$ 中,$AC = BC$,$∠ ACB = 90°$,点 $D$ 在 $AB$ 边上,过 $B$ 作 $BE ⊥ CD$ 交 $CD$ 延长线于点 $E$,延长 $EB$ 至点 $F$,连接 $CF$,使 $∠ BCF = ∠ ABE$,连接 $AF$ 交 $CD$ 于点 $G$,若 $BE = \frac{8}{3}$,$CE = \frac{22}{3}$,求 $△ EGF$ 的面积。
答案
解:[问题初探](1)如答图5 - 2 - 13,设AC与BD交于点O。因为$∠BAC=∠BDC$,$∠AOB=∠COD$,所以$∠ABF=∠ACD$。又因为$AB=AC$,$BF=CD$,所以$△ ABF≌△ ACD(SAS)$,所以$AF=AD$。因为$AE⊥DF$,所以$FE=DE$。因为$BE=BF+EF$,所以$BE=CD+DE$。
[类比分析]
(2)如答图5 - 2 - 14,在BF上截取$BH=DF$,连接AH。因为$△ ABC$为等边三角形,所以$AB=AC$,$∠BAC=60°$。又因为$△ ACD$为等腰直角三角形,$AC=AD$,$∠CAD=90°$,所以$∠BAD=∠BAC+∠CAD=60°+90°=150°$,$AB=AD$,所以$∠ABD=∠ADB=\frac{180°-150°}{2}=15°$。又因为$BH=DF$,所以$△ ABH≌△ ADF(SAS)$,所以$AH=AF$。因为AE是CD边上的中线,所以AE平分$∠CAD$,所以$∠DAE=45°$,所以$∠AFH=180°-∠AFD=180°-(180°-∠ADB-∠DAE)=∠ADB+∠DAE=15°+45°=60°$,所以$△ AHF$是等边三角形,所以$AF=HF$,所以$BF=HF+BH=AF+DF$。
[学以致用]
(3)如答图5 - 2 - 15,过A作$AH⊥CD$于H,因为$∠CBE=∠ABC+∠ABE=180°-∠CBF=180°-(180°-∠BCF-∠BFC)=∠BCF+∠BFC$,$∠ABE=∠BCF$,所以$∠BFC=∠ABC=45°$。又因为$BE⊥CD$于E,所以$∠CEF=90°$,所以$∠ECF=∠EFC=45°$,所以$EF=CE=\frac{22}{3}$。因为$AH⊥CD$于H,所以$∠AHC=∠ACB=90°$,所以$∠ACH+∠CAH=∠ACH+∠BCE$,所以$∠CAH=∠BCE$。又因为$∠AHC=∠BEC=90°$,$AC=BC$,所以$△ ACH≌△ CBE(AAS)$,所以$AH=CE$,$CH=BE=\frac{8}{3}$。所以$AH=EF$。又因为$∠AHG=∠FEG$,$∠AGH=∠FGE$,所以$△ AHG≌△ FEG(AAS)$,所以$GH=GE$。因为$CE=\frac{22}{3}$,$CH=\frac{8}{3}$,所以$EH=CE - CH=\frac{22}{3}-\frac{8}{3}=\frac{14}{3}$,所以$GH=GE=\frac{1}{2}EH=\frac{1}{2}×\frac{14}{3}=\frac{7}{3}$,所以$S_{△ EGF}=\frac{1}{2}EF· EG=\frac{1}{2}×\frac{22}{3}×\frac{7}{3}=\frac{77}{9}$。
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