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[2020版]八下期末复习—中难题选析(8)

永泰一中张祖冬 初中数学延伸课堂 2022-07-16

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八下期末复习—中难题选析(8)

【例】如图,AC是正方形ABCD的对角线.点E为射线CB上一个动点(点E不与点C,B重合),连接AE,点F在直线AC上,且EF=AE. 

(1)点E在线段CB上,如图1所示;

①若∠BAE=10°,求∠CEF的度数;

②用等式表示线段CD,CE,CF之间的数量关系,并证明.

(2)如图2,点E在线段CB的延长线上;请你依题意补全图2,并直接写出线段CD,CE,CF之间的数量关系.





图文解析:(1)①不难求得:∠CEF=10°(=∠BAE,非偶然,是必然,下面给予简单证明)..由∠BAE=∠BAC-∠CAE=45°-∠CAE,而(在△CEF中)∠CEF=∠ACB-∠F=45°-∠F,又由EF=AE可得:∠CAE=∠F,从而得到∠CEF=∠BAE(这个结论在后面的证明常用到).下图示。下面给出六种不同的解法:解法一:在AB上截取BG=BE,连接EG,下图示:不难得∠AGE=∠ECF=135°,AG=CE(因AB=BC,BG=BE),又由①证得:∠BAE=∠CEF,从而可得到:△AGE和△CEF全等,所以CF=EG,同时△BGE是等腰直角三角形,进一步得到:BE=2分之根2GE=2分之根2CF,又CD=BC=CE+BE=CE+2分之根2CF,即线段CD,CE,CF之间的数量关系三者关系为:
解法二:过F点作FG⊥BC交BC的延长线于G,下图示:根据∠B=∠G=90°,∠BAE=∠CEF(上述已证)和AE=EF,可以证得△ABE和△EFG,得到:FG=BE,同时△CFG为等腰直角三角形,有FG=2分之根号2CF,即BE=2分之根号2CF,……(下同).(上面两种证法属于常规证法,易想到)
解法三延长AB至G,使BG=BE,连接EG和CG,(相当于△ABE绕B点顺时针旋转90°,得到△BCG),下图示:
不难证得:△ABE和△CBG,得到∠BAE=∠BCG,而∠BAE=∠CEF(上已证),所以∠BCG=∠CEF,同时∠CEG=∠ECF=135°,CE=EC,从而△CEG和△ECF全等,得到GE=CF,同时△BEG为等腰直角三角形,进一步得到BE=2分之根号2GE=2分之根号2CF,下同…….

解法四:将△AEG绕E点顺时针旋转90°得到△HEG,下图示:(证明与上述情况类似,下面简写分析过程).由旋转可得到:BE=AE=EF,EC=EG,∠AEH=90°,同时∠CEH=∠BAE=∠CEF,进一步又可证明△CEF和△CEH全等,(下图示)从而∠CH=CF,且CEF=∠ECH=135°,又∠ECG=45°,得到∠GCH=180°,从而G、C、H三点共线,所以:
(其实证法三和四,用的旋转的方法进行转化,下面用对称的方法继续探索)

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解法五:作△CEF关于CE对称得到△CEG,连接AG.(下面看图示,不做详细说明)


解法六:(类似解法五)



(3)同样也有类似的六种解法:(下面以图形形式介绍)结论是:解法一解法二解法三解法四解法五解法六


反思1:本题其实就是课本的一道试题进行变式得到的:是这么变形来的——对称:(本公众号前面文章“一道精典的几何证明题的多种证题思路与拓展”有这题的详细变式)反思2:将上述正方形分别改为其他的正多形,解法与结论类似:(试试看!,其中等边三角形、正方形和正六边形时,八年级学生可以做的,其他正多边形九年级学生才可完成).如:等边三角形时,正五边形时:正六边形时:


其实,E在直线BC上的任何位置均可,均有类似的结论,均有六种解法。(上述没给出E点BC的延长线上,主要原因图形的版面太大)答案:对于正n边形,结论是:E在BC边上时,CD=CE+CF除以(2cos180°/n);E在CB延长线上时,CD=CE-CF除以(2cos180°/n);E在BC延长线上时,CD=CF除以(2cos180°/n)-CE.

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