【问题提出】
如图 1,E 是菱形 ABCD 的边 BC 上一点,△AEF 是等腰三角形,AE = EF,∠AEF = ∠ABC = α(α≥90°),AF 交 CD 于点 G. 探究∠GCF 与 α 的数量关系.
【问题探究】
(1) 先将问题特殊化,如图 2,当 α = 90°时,直接写出∠GCF 的大小;
(2) 再探究一般情形,如图 1,求∠GCF 与 α 的数量关系;
【问题拓展】
(3) 将图 1 特殊化,如图 3,当 α = 120°时,若$\frac{DG}{CG}=\frac{1}{2}$,求$\frac{BE}{CE}$的值.

如图 1,E 是菱形 ABCD 的边 BC 上一点,△AEF 是等腰三角形,AE = EF,∠AEF = ∠ABC = α(α≥90°),AF 交 CD 于点 G. 探究∠GCF 与 α 的数量关系.
【问题探究】
(1) 先将问题特殊化,如图 2,当 α = 90°时,直接写出∠GCF 的大小;
(2) 再探究一般情形,如图 1,求∠GCF 与 α 的数量关系;
【问题拓展】
(3) 将图 1 特殊化,如图 3,当 α = 120°时,若$\frac{DG}{CG}=\frac{1}{2}$,求$\frac{BE}{CE}$的值.
答案
(1)45°;(2)∠GCF=90°-α/2;(3)2/3
解析
(1) 当α=90°时,菱形ABCD为正方形。过F作BC垂线,由△ABE≌△EHF(AAS)得EH=AB,FH=BE,进而CH=FH,∠FCH=45°,故∠GCF=45°。
(2) 设菱形边长为1,E(t,0),A(cosα,sinα),F(t+1-tcosα,tsinα)。求AF与CD交点G,通过向量夹角计算得∠GCF=90°-α/2。
(3) α=120°,∠GCF=30°,设CG=2k,DG=k,CD=3k。建立坐标系,A(-3k/2, (3√3k)/2),D(3k/2, (3√3k)/2),E(m,0),F(3k+3m/2, (√3m)/2)。CD方程y=-√3x+3√3k,G(2k,√3k)代入AF方程,解得m=6k/5,n=9k/5,BE/CE=2/3。
(2) 设菱形边长为1,E(t,0),A(cosα,sinα),F(t+1-tcosα,tsinα)。求AF与CD交点G,通过向量夹角计算得∠GCF=90°-α/2。
(3) α=120°,∠GCF=30°,设CG=2k,DG=k,CD=3k。建立坐标系,A(-3k/2, (3√3k)/2),D(3k/2, (3√3k)/2),E(m,0),F(3k+3m/2, (√3m)/2)。CD方程y=-√3x+3√3k,G(2k,√3k)代入AF方程,解得m=6k/5,n=9k/5,BE/CE=2/3。
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