23. (本题满分13分)
在等边$\triangle ABC$的两边$AB$,$AC$所在直线上分别有两点$M$,$N$,$D$为$\triangle ABC$外一点,且$\angle MDN = 60^{\circ}$,$\angle BDC = 120^{\circ}$,$BD = DC$。探究:当$M$,$N$分别在直线$AB$,$AC$上移动时,$BM$,$NC$,$MN$之间的数量关系,$\triangle AMN$的周长$Q$与等边$\triangle ABC$的周长$L$的关系。
(1) 如图(1),当点$M$,$N$在边$AB$,$AC$上,且$DM = DN$时,$BM$,$NC$,$MN$之间的数量关系是
(2) 如图(2),点$M$,$N$在边$AB$,$AC$上,且当$DM \neq DN$时,(1)问中的两个结论还成立吗?若成立,请直接写出你的结论;若不成立,请说明理由。
(3) 如图(3),当$M$,$N$分别在边$AB$,$CA$的延长线上时,探索$BM$,$NC$,$MN$之间的数量关系,并给出证明。

在等边$\triangle ABC$的两边$AB$,$AC$所在直线上分别有两点$M$,$N$,$D$为$\triangle ABC$外一点,且$\angle MDN = 60^{\circ}$,$\angle BDC = 120^{\circ}$,$BD = DC$。探究:当$M$,$N$分别在直线$AB$,$AC$上移动时,$BM$,$NC$,$MN$之间的数量关系,$\triangle AMN$的周长$Q$与等边$\triangle ABC$的周长$L$的关系。
(1) 如图(1),当点$M$,$N$在边$AB$,$AC$上,且$DM = DN$时,$BM$,$NC$,$MN$之间的数量关系是
$BM + NC = MN$
,此时$\frac{Q}{L} =$$\frac{2}{3}$
。(2) 如图(2),点$M$,$N$在边$AB$,$AC$上,且当$DM \neq DN$时,(1)问中的两个结论还成立吗?若成立,请直接写出你的结论;若不成立,请说明理由。
(3) 如图(3),当$M$,$N$分别在边$AB$,$CA$的延长线上时,探索$BM$,$NC$,$MN$之间的数量关系,并给出证明。
答案
(1)
$BM + NC = MN$;
$\frac{2}{3}$
(2)
两个结论仍然成立,即$BM + NC = MN$,$\frac{Q}{L}=\frac{2}{3}$。
(3)
$NC - BM = MN$。
证明:
延长$AC$至$E$,使$CE = BM$,连接$DE$。
因为$\triangle ABC$是等边三角形,
所以$\angle ABC=\angle ACB = \angle BAC=60^{\circ}$,$AB = BC = AC$。
因为$BD = DC$,$\angle BDC = 120^{\circ}$,
所以$\angle DBC=\angle DCB = 30^{\circ}$。
则$\angle ABD=\angle ACD = 90^{\circ}$。
在$\triangle BDM$和$\triangle CDE$中,
$BD = DC$,$\angle DBM=\angle DCE = 90^{\circ}$,$BM = CE$,
所以$\triangle BDM\cong\triangle CDE(SAS)$。
所以$DM = DE$,$\angle BDM=\angle CDE$。
因为$\angle MDN = 60^{\circ}$,$\angle BDC = 120^{\circ}$,
所以$\angle BDM+\angle NDC = 60^{\circ}$,
则$\angle CDE+\angle NDC = 60^{\circ}$,即$\angle NDE = 60^{\circ}$。
在$\triangle MDN$和$\triangle EDN$中,
$DM = DE$,$\angle MDN=\angle EDN = 60^{\circ}$,$DN = DN$,
所以$\triangle MDN\cong\triangle EDN(SAS)$。
所以$MN = NE$。
因为$NE=NC - CE$,$CE = BM$,
所以$NC - BM = MN$。
$BM + NC = MN$;
$\frac{2}{3}$
(2)
两个结论仍然成立,即$BM + NC = MN$,$\frac{Q}{L}=\frac{2}{3}$。
(3)
$NC - BM = MN$。
证明:
延长$AC$至$E$,使$CE = BM$,连接$DE$。
因为$\triangle ABC$是等边三角形,
所以$\angle ABC=\angle ACB = \angle BAC=60^{\circ}$,$AB = BC = AC$。
因为$BD = DC$,$\angle BDC = 120^{\circ}$,
所以$\angle DBC=\angle DCB = 30^{\circ}$。
则$\angle ABD=\angle ACD = 90^{\circ}$。
在$\triangle BDM$和$\triangle CDE$中,
$BD = DC$,$\angle DBM=\angle DCE = 90^{\circ}$,$BM = CE$,
所以$\triangle BDM\cong\triangle CDE(SAS)$。
所以$DM = DE$,$\angle BDM=\angle CDE$。
因为$\angle MDN = 60^{\circ}$,$\angle BDC = 120^{\circ}$,
所以$\angle BDM+\angle NDC = 60^{\circ}$,
则$\angle CDE+\angle NDC = 60^{\circ}$,即$\angle NDE = 60^{\circ}$。
在$\triangle MDN$和$\triangle EDN$中,
$DM = DE$,$\angle MDN=\angle EDN = 60^{\circ}$,$DN = DN$,
所以$\triangle MDN\cong\triangle EDN(SAS)$。
所以$MN = NE$。
因为$NE=NC - CE$,$CE = BM$,
所以$NC - BM = MN$。
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