卜文静

判断说理题:形外正多边形

卜文静

伴随着新课标全面进入课堂,应运而生了一些形式新颖、富有趣味的考题.纵观近几年的中考试题,一类有关形外正多边形的题目,像一道靓丽的风景线映入眼帘,令人赏心悦目.

一、形外正三角形

例1如图1,点O是线段AD的中点,分别以AO和DO为边在线段AD的同侧作等边三角形OAB和等边三角形OCD,连接AC和BD相交于点E,连接BC.

图1 

图2 

(1)求∠AEB的大小;

(2)△OAB固定不动,保持△OCD的形状和大小不变,将△OCD绕着点O旋转一定角度得到图2(△OAB和△OCD不能重叠),求∠AEB的大小.

【分析】本题主要考查等边三角形的性质,如等边三角形的每一个内角是60°,每一个外角是120°,各边相等等.在求角的度数时,往往是根据三角形全等,将相等的角进行转化,然后利用三角形的内角和或外角与内角的关系进行求解.

【略解】(1)如图1,因为△OCD、△OAB都是等边三角形,所以OC=OD,∠COA=∠DOB= 120°,OA=OB,

∴△COA≌△DOB,∴∠1=∠2.

而∠BFE=∠AFO,故∠AEB=∠AOB=60°.

(2)解题过程与(1)类似,∠AEB=60°.

例2如图3,C为线段AE上一动点(不与点A、E重合),在AE同侧分别作正三角形ABC和正三角形CDE,AD与BE交于点O,AD与BC交于点P,BE与CD交于点Q,连接PQ.以下五个结论:

①AD=BE;②PQ∥AE;③AP=BQ;

④DE=DP;⑤∠AOB=60°.

恒成立的结论有________.(把你认为正确的序号都填上)

【略解】类似例1,可知△BCE≌△ACD,所以①AD=BE,⑤∠AOB=60°成立;且∠CAD=∠CBE,而∠ACB=∠BCQ,BC=AC,所以△ACP≌△BCQ,即③AP=BQ成立;同样,△DCP≌△ECQ,则CP=CQ,由于∠PCQ= 60°,所以△PCQ是等边三角形,所以②PQ∥AE成立;④式不成立(DE≠QE=DP).应填①②③⑤.

例3如图4,△ABC和△DCE都是边长为2的等边三角形,点B、C、E在同一条直线上,连接BD,则BD的长为_______.

【分析】△ABC和△DCE都是边长为2的等边三角形,所以BC=CD,∠DCE=∠E= 60°,即∠DBE=30°,△BDE是直角三角形,因此

图3 

图4 

二、形外正方形

例5如图5,梯形ABCD中,AB∥DC,∠ADC+∠BCD=90°,且DC=2AB,分别以DA、AB、BC为边向梯形外作正方形,其面积分别为S1、S2、S3,则S1、S2、S3之间的关系是_______.

图5 

【分析】解决梯形问题常平移腰、平移对角线、延长两腰、作梯形的高将梯形转化为三角形或构造梯形的中位线,由于∠ADC+∠BCD=90°,所以可利用平移腰将梯形转化为三角形.

【略解】过B作BF∥AD交DC于点F,∠BFC=∠ADF,因为∠ADC+∠BCD=90°,所以∠FBC是直角;又AB∥CD,所以四边形ABFD是平行四边形,DC=2AB,故AB= DF=FC,AD=BF,由勾股定理,得BF2+BC2= FC2,即AD2+BC2=AB2,故S2=S1+S3.

例6如图6,四边形ABCD、EFGH、NHMC都是正方形,边长分别为a、b、c,A、B、N、E、F五点在同一直线上,则c=_______.(用含有a、b的代数式表示)

图6 

【分析】由于四边形ABCD、EFGH、NHMC都是正方形,所以CN=NH,∠CBN=∠NEH=∠CNH=90°,∠CNB=∠NHE,所以△CBN≌△NEH,BN=HE=b,由勾股定理,得c=CN=

例7如图7,四边形ABCD是正方形,G是CD边上的一个动点(点G与C、D不重合),以CG为一边在正方形ABCD外作正方形CEFG,连接BG,DE.我们探究下列图中线段BG、线段DE的长度关系及所在直线的位置关系:

图7 

(1)①猜想如图7中线段BG、线段DE的长度关系及所在直线的位置关系;

②将图7中的正方形CEFG绕着点C按顺时针(或逆时针)方向旋转任意角度α,得到如图8、图9情形.请你通过观察、测量等方法判断①中得到的结论是否仍然成立,并选取图8证明你的判断.

(2)将原题中正方形改为矩形(如图10-12),且AB=a,BC=b,CE=ka,CG=kb(a≠b,k>0),第(1)题①中得到的结论哪些成立,哪些不成立?若成立,以图11为例简要说明理由.

图8 

图9 

图10 

图11 

(3)在第(2)题图11中,连接BG、DE,且a=3,b=2,求BE2+DG2的值.

【分析】证明线段相等,角相等,两直线平行,两直线垂直等常考虑三角形全等.

图12 

【略解】(1)①BG=DE,BG⊥DE.

②如图8,BG=DE,BG⊥DE仍然成立.易证△BCG≌△DCE,∴BG=DE,∠GBC=∠CDE,∠BHC=∠DHO,

∴∠DOH=∠BCD=90°,即BG⊥DE.(2)如图11,BG⊥DE成立,BG=DE不成立.

易证△BCG∽△DCE,

∴BG=DE不成立;

∵∠CBG=∠CDE,∠BHC=∠DHO,

∴∠DOH=∠BCH=90°,∴BG⊥DE.

(3)∵BG⊥DE,

∴OB2+OD2=BD2,OE2+OG2=GE2,

OB2+OE2=BE2,OG2+OD2=DG2,

∴BE2+DG2=BD2+EG2

(作者单位:江苏省丰县初级中学)