4. 综合与实践:
王老师善于通过合适的主题整合教学内容,引导学生们用整体的、联系的、发展的眼光看问题,形成科学的思维习惯. 下面是王老师在“两次轴对称变化”主题下设计的问题.
【观察发现】如图①,图②的网格图中 $ △ A_1B_1C_1 $ 与 $ △ ABC $ 关于直线 $ l_1 $ 对称,$ △ A_2B_2C_2 $ 与 $ △ A_1B_1C_1 $ 关于直线 $ l_2 $ 对称.
【发现 1】图①中直线 $ l_1 // l_2 $,且 $ l_1 $ 与 $ l_2 $ 的水平距离为 4 个单位长度,那么 $ △ A_2B_2C_2 $ 可以看作是 $ △ ABC $ 向右平移得到的,平移的距离为
【发现 2】图②中直线 $ l_1 $ 与 $ l_2 $ 相交于点 $ O $,所夹锐角为 $ 45^{\circ} $,那么 $ △ A_2B_2C_2 $ 可以看作是 $ △ ABC $ 绕旋转中心
【操作实践】如图③,直线 $ l_1 $ 与 $ l_2 $ 垂直,垂足为 $ O $,请作出 $ △ A_1B_1C_1 $ 关于直线 $ l_2 $ 的轴对称图形 $ △ A_2B_2C_2 $.
【发现 3】$ △ A_2B_2C_2 $ 与 $ △ ABC $ 成
【拓展应用】
(1)如图④,通过两次轴对称变化使得线段 $ AB $ 与线段 $ CD $ 重合,请画出这两条对称轴和第一次轴对称后的对称线段;
(2)利用“有一个角是 $ 60^{\circ} $ 的等腰三角形是等边三角形”这个结论,解决问题:如图⑤,在 $ △ ABC $ 中,$ ∠ BAC = 30^{\circ} $,$ P $ 是 $ △ ABC $ 内部一定点,$ AP = 6 $,点 $ E $,$ F $ 分别在边 $ AB $,$ AC $ 上,请你在图⑤中画出使 $ △ PEF $ 周长最小的点 $ E $,$ F $ 的位置(不写画法),并直接写出周长的最小值.

王老师善于通过合适的主题整合教学内容,引导学生们用整体的、联系的、发展的眼光看问题,形成科学的思维习惯. 下面是王老师在“两次轴对称变化”主题下设计的问题.
【观察发现】如图①,图②的网格图中 $ △ A_1B_1C_1 $ 与 $ △ ABC $ 关于直线 $ l_1 $ 对称,$ △ A_2B_2C_2 $ 与 $ △ A_1B_1C_1 $ 关于直线 $ l_2 $ 对称.
【发现 1】图①中直线 $ l_1 // l_2 $,且 $ l_1 $ 与 $ l_2 $ 的水平距离为 4 个单位长度,那么 $ △ A_2B_2C_2 $ 可以看作是 $ △ ABC $ 向右平移得到的,平移的距离为
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个单位长度.【发现 2】图②中直线 $ l_1 $ 与 $ l_2 $ 相交于点 $ O $,所夹锐角为 $ 45^{\circ} $,那么 $ △ A_2B_2C_2 $ 可以看作是 $ △ ABC $ 绕旋转中心
点 $ O $
顺时针旋转得到的,旋转角的度数为$ 90 ^ { \circ } $
.【操作实践】如图③,直线 $ l_1 $ 与 $ l_2 $ 垂直,垂足为 $ O $,请作出 $ △ A_1B_1C_1 $ 关于直线 $ l_2 $ 的轴对称图形 $ △ A_2B_2C_2 $.
【发现 3】$ △ A_2B_2C_2 $ 与 $ △ ABC $ 成
中心对称
.【拓展应用】
(1)如图④,通过两次轴对称变化使得线段 $ AB $ 与线段 $ CD $ 重合,请画出这两条对称轴和第一次轴对称后的对称线段;
(2)利用“有一个角是 $ 60^{\circ} $ 的等腰三角形是等边三角形”这个结论,解决问题:如图⑤,在 $ △ ABC $ 中,$ ∠ BAC = 30^{\circ} $,$ P $ 是 $ △ ABC $ 内部一定点,$ AP = 6 $,点 $ E $,$ F $ 分别在边 $ AB $,$ AC $ 上,请你在图⑤中画出使 $ △ PEF $ 周长最小的点 $ E $,$ F $ 的位置(不写画法),并直接写出周长的最小值.
答案
【发现1】8
【发现2】点 $ O $ $ 90 ^ { \circ } $
【操作实践】解:如答图①.
【发现3】中心对称
【拓展应用】解:(1)如答图②.
(2)分别作点 $ P $ 关于 $ AB $ 的对称点 $ M $,关于 $ AC $ 的对称点 $ N $,连接 $ MN $ 交 $ AB $ 于点 $ E $,交 $ AC $ 于点 $ F $,连接 $ AM $,$ AN $,$ EP $,$ PF $,如答图③.
由轴对称可知 $ ME = EP $,$ PF = FN $,$ AM = AP = AN $,$ ∠ MAE = ∠ EAP $,$ ∠ PAF = ∠ NAF $,
所以 $ △ PEF $ 的周长为 $ PE + PF + FE = ME + FN + EF = MN $.
因为 $ ∠ BAC = 30 ^ { \circ } $,所以 $ ∠ MAN = 2 ∠ BAC = 60 ^ { \circ } $,
所以 $ △ AMN $ 为等边三角形,
所以 $ MN = AP = 6 $,所以 $ △ PEF $ 周长的最小值为 6.
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