例 1 (2023·山西)【问题情境】
数学课上,老师提出如下问题:将图①中的矩形纸片沿对角线剪开,得到两个全等的三角形纸片,表示为△ABC 和△DFE,其中∠ACB = ∠DEF = 90°,∠A = ∠D,将△ABC 和△DFE 按图②中的方式摆放,其中点 B 与点 F 重合(标记为点 B).当∠ABE = ∠A 时,延长 DE 交 AC 于点 G,试判断四边形 B C G E 的形状,并说明理由.

【数学思考】
(1)请回答老师提出的问题.
【深入探究】
(2)老师将图②中的△DBE 绕点 B 逆时针旋转,使点 E 落在△ABC 内部,并让同学们提出新的问题.
① “善思小组”提出问题:如图③,当∠ABE = ∠BAC 时,过点 A 作 AM⊥BE 交 BE 的延长线于点 M,BM 与 AC 交于点 N.试猜想线段 AM 和 BE 的数量关系,并加以证明.请你解答此问题.
② “智慧小组”提出问题:如图④,当∠CBE = ∠BAC 时,过点 A 作 AH⊥DE 于点 H,若 BC = 9,AC = 12,求 AH 的长.请你思考此问题,直接写出结果.
分析 (1)先证明四边形 B C G E 是矩形,再由△ACB ≌ △DEB 可得 BC = BE,从而得四边形 B C G E 是正方形;
(2)① 由已知∠ABE = ∠BAC 可得 AN = BN,由 S_{△ABN} = $\frac{1}{2}$AN·BC = $\frac{1}{2}$BN·AM,再结合已知证明结论即可;
② 设 AB,DE 的交点为 M,过点 M 作 MG⊥BD 于点 G,则易得 MD = MB,G 是 BD 的中点;利用三角函数知识可求得 DM 的长,进而求得 AM 的长,利用相似三角形的性质求得结果即可.
数学课上,老师提出如下问题:将图①中的矩形纸片沿对角线剪开,得到两个全等的三角形纸片,表示为△ABC 和△DFE,其中∠ACB = ∠DEF = 90°,∠A = ∠D,将△ABC 和△DFE 按图②中的方式摆放,其中点 B 与点 F 重合(标记为点 B).当∠ABE = ∠A 时,延长 DE 交 AC 于点 G,试判断四边形 B C G E 的形状,并说明理由.
【数学思考】
(1)请回答老师提出的问题.
【深入探究】
(2)老师将图②中的△DBE 绕点 B 逆时针旋转,使点 E 落在△ABC 内部,并让同学们提出新的问题.
① “善思小组”提出问题:如图③,当∠ABE = ∠BAC 时,过点 A 作 AM⊥BE 交 BE 的延长线于点 M,BM 与 AC 交于点 N.试猜想线段 AM 和 BE 的数量关系,并加以证明.请你解答此问题.
② “智慧小组”提出问题:如图④,当∠CBE = ∠BAC 时,过点 A 作 AH⊥DE 于点 H,若 BC = 9,AC = 12,求 AH 的长.请你思考此问题,直接写出结果.
分析 (1)先证明四边形 B C G E 是矩形,再由△ACB ≌ △DEB 可得 BC = BE,从而得四边形 B C G E 是正方形;
(2)① 由已知∠ABE = ∠BAC 可得 AN = BN,由 S_{△ABN} = $\frac{1}{2}$AN·BC = $\frac{1}{2}$BN·AM,再结合已知证明结论即可;
② 设 AB,DE 的交点为 M,过点 M 作 MG⊥BD 于点 G,则易得 MD = MB,G 是 BD 的中点;利用三角函数知识可求得 DM 的长,进而求得 AM 的长,利用相似三角形的性质求得结果即可.
答案
(1)四边形BCGE是正方形。理由如下:
∵△ABC≌△DEB,∴∠DEB=∠ACB=90°,BC=BE。
∵∠ABE=∠A,∴AC//BE(内错角相等,两直线平行)。
∵∠ACB=90°,∠DEB=90°,∴∠C=∠BEG=90°,又AC//BE,∴∠CGE=90°。
∴四边形BCGE是矩形,又BC=BE,∴四边形BCGE是正方形。
(2)①AM=BE。证明如下:
∵∠ABE=∠BAC,∴AN=BN(等角对等边)。
S△ABN=1/2·AN·BC=1/2·BN·AM,∵AN=BN,∴BC=AM。
∵△ABC≌△DEB,∴BE=BC,∴AM=BE。
②AH=27/5。
∵△ABC≌△DEB,∴∠DEB=∠ACB=90°,BC=BE。
∵∠ABE=∠A,∴AC//BE(内错角相等,两直线平行)。
∵∠ACB=90°,∠DEB=90°,∴∠C=∠BEG=90°,又AC//BE,∴∠CGE=90°。
∴四边形BCGE是矩形,又BC=BE,∴四边形BCGE是正方形。
(2)①AM=BE。证明如下:
∵∠ABE=∠BAC,∴AN=BN(等角对等边)。
S△ABN=1/2·AN·BC=1/2·BN·AM,∵AN=BN,∴BC=AM。
∵△ABC≌△DEB,∴BE=BC,∴AM=BE。
②AH=27/5。
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