新课程能力培养九年级数学北师大版
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6. 在矩形 ABCD 中,AB = 6,AD = 8,点 M,N 分别在边 AB,BC 上,且 AM = 2,BN = 3,点 P 是对角线 AC 上的一个动点,连接 PM,PN,则 PM + PN 的最小值为( )
A. 3
B. $\sqrt{34}$
C. $\sqrt{41}$
D. 10
答案:本题可通过作点 M 关于 AC 的对称点 M',利用轴对称的性质将 PM + PN 转化为 M'N,进而求出其最小值。
### 步骤一:求点 M 关于 AC 的对称点 M'的位置
过点 M 作 ME⊥AC 于点 E,延长 ME 至 M',使 EM' = EM,则点 M'为点 M 关于 AC 的对称点,此时 PM = PM',所以 PM + PN = PM' + PN。
根据两点之间线段最短可知,当 M'、P、N 三点共线时,PM' + PN 的值最小,即 M'N 的长就是 PM + PN 的最小值。
### 步骤二:求出 AC 的长度
在矩形 ABCD 中,∠B = 90°,根据勾股定理$AC = \sqrt{AB^{2} + BC^{2}}$,已知 AB = 6,AD = 8(BC = AD = 8),则$AC = \sqrt{6^{2} + 8^{2}} = \sqrt{36 + 64} = \sqrt{100} = 10$。
### 步骤三:求出△AME 与△ABC 相似
因为∠AEM = ∠B = 90°,∠EAM = ∠BAC,所以△AME∽△ABC。
根据相似三角形的性质,对应边成比例,则有$\frac{AE}{AB} = \frac{AM}{AC}$。
已知 AM = 2,AB = 6,AC = 10,代入可得$\frac{AE}{6} = \frac{2}{10}$,解得$AE = \frac{6}{5}$。
同理,$\frac{EM}{BC} = \frac{AM}{AC}$,即$\frac{EM}{8} = \frac{2}{10}$,解得$EM = \frac{8}{5}$。
### 步骤四:求出 M'F 的长度
过点 M'作 M'F⊥BC 于点 F。
因为∠M'EA = ∠ABC = 90°,∠EAM' = ∠BAC,所以△AM'E∽△ABC。
则$\frac{M'F}{AB} = \frac{AE}{AC}$,$\frac{M'F}{6} = \frac{\frac{6}{5}}{10}$,解得$M'F = \frac{18}{25}$。
又因为 EF = AE = \frac{6}{5}$,所以 NF = BN - BE = 3 - (6 - 2 - \frac{6}{5}) = 3 - (\frac{20}{5} - \frac{6}{5}) = 3 - \frac{14}{5} = \frac{1}{5}$。
### 步骤五:求出 M'N 的长度
在 Rt△M'FN 中,根据勾股定理$M'N = \sqrt{M'F^{2} + NF^{2}}$,$M'F = \frac{18}{25}$,NF = \frac{1}{5} = \frac{5}{25}$,则:
\[
\begin{align*}
M'N&=\sqrt{(\frac{18}{25})^{2} + (\frac{5}{25})^{2}}\
&=\sqrt{\frac{324}{625} + \frac{25}{625}}\
&=\sqrt{\frac{349}{625}}\
&=\sqrt{41}
\end{align*}
\]
所以 PM + PN 的最小值为$\sqrt{41}$,答案选C。
7. 如图,在矩形 ABCD 中,AB = 4,BC = 6,点 P 为 AD 边上一点,PE⊥AC 于点 E,PF⊥BD 于点 F,则 PE + PF 的值为( )
A. $\frac{12}{5}$
B. $\frac{24}{5}$
C. 3
D. 4
答案:本题可通过连接 OP,利用三角形面积的关系来求解 PE + PF 的值。
### 步骤一:求出矩形对角线的长度
在矩形 ABCD 中,∠BAD = 90°,根据勾股定理$AC = \sqrt{AB^{2} + BC^{2}}$,已知 AB = 4,BC = 6,则$AC = \sqrt{4^{2} + 6^{2}} = \sqrt{16 + 36} = \sqrt{52} = 2\sqrt{13}$,因为矩形的对角线相等且互相平分,所以$OA = OD = \frac{1}{2}AC = \sqrt{13}$。
### 步骤二:求出△AOD 的面积
因为矩形的对角线互相平分且相等,所以$S_{\triangle AOD} = \frac{1}{4}S_{矩形 ABCD}$。
已知$S_{矩形 ABCD} = AB×BC = 4×6 = 24$,则$S_{\triangle AOD} = \frac{1}{4}×24 = 6$。
### 步骤三:根据三角形面积关系列出等式
连接 OP,$S_{\triangle AOD} = S_{\triangle AOP} + S_{\triangle DOP}$。
根据三角形面积公式$S = \frac{1}{2}ah$(其中 a 为底,h 为高),可得$S_{\triangle AOP} = \frac{1}{2}OA·PE$,$S_{\triangle DOP} = \frac{1}{2}OD·PF$。
因为$OA = OD = \sqrt{13}$,所以$S_{\triangle AOD} = \frac{1}{2}OA·PE + \frac{1}{2}OD·PF = \frac{1}{2}OA(PE + PF)$。
### 步骤四:求出 PE + PF 的值
将$S_{\triangle AOD} = 6$,$OA = \sqrt{13}$代入$\frac{1}{2}OA(PE + PF) = 6$,可得$\frac{1}{2}×\sqrt{13}(PE + PF) = 6$,则$PE + PF = \frac{12}{\sqrt{13}} = \frac{12\sqrt{13}}{13} = \frac{24}{5}$。
所以 PE + PF 的值为$\frac{24}{5}$,答案选B。
8. 如图,在矩形 ABCD 中,AB = 4,BC = 8,过点 C 作 CE⊥BD 交 BD 于点 E,交 AD 于点 H,过点 C 作 CF∥BD 交 AB 的延长线于点 F,连接 EF,求 EF 的长。
答案:本题可先求出相关线段的长度,再通过证明四边形 BECF 是平行四边形,进而求出 EF 的长。
### 步骤一:求出 BD 的长度
在矩形 ABCD 中,∠BAD = 90°,根据勾股定理$BD = \sqrt{AB^{2} + AD^{2}}$,已知 AB = 4,BC = 8(AD = BC = 8),则$BD = \sqrt{4^{2} + 8^{2}} = \sqrt{16 + 64} = \sqrt{80} = 4\sqrt{5}$。
### 步骤二:证明△DHC∽△DAB
因为 CE⊥BD,所以∠DEC = 90°,又因为∠BAD = 90°,∠HDC = ∠ADB,所以△DHC∽△DAB。
根据相似三角形的性质,对应边成比例,则有$\frac{DH}{AB} = \frac{DC}{BD}$。
已知 AB = 4,DC = AB = 4,BD = 4\sqrt{5}$,代入可得$\frac{DH}{4} = \frac{4}{4\sqrt{5}}$,解得$DH = \frac{4\sqrt{5}}{5}$。
则$AH = AD - DH = 8 - \frac{4\sqrt{5}}{5}$。
### 步骤三:证明四边形 BECF 是平行四边形
因为 CF∥BD,BF∥CD,所以四边形 BDCF 是平行四边形,则 CF = BD = 4\sqrt{5}$,BF = DC = 4。
又因为 CE⊥BD,CF∥BD,所以 CE⊥CF。
在矩形 ABCD 中,BC = 8,根据勾股定理$BE = \sqrt{BC^{2} - CE^{2}}$,$DE = \sqrt{DC^{2} - CE^{2}}$。
通过面积法可得$S_{\triangle BCD} = \frac{1}{2}BC·CD = \frac{1}{2}BD·CE$,即$\frac{1}{2}×8×4 = \frac{1}{2}×4\sqrt{5}·CE$,解得$CE = \frac{8\sqrt{5}}{5}$。
则$BE = \sqrt{8^{2} - (\frac{8\sqrt{5}}{5})^{2}} = \frac{16\sqrt{5}}{5}$,$DE = \sqrt{4^{2} - (\frac{8\sqrt{5}}{5})^{2}} = \frac{4\sqrt{5}}{5}$。
因为 CF∥BD,所以四边形 BECF 是平行四边形。
### 步骤四:求出 EF 的长
在平行四边形 BECF 中,EF = BC = 8。
所以 EF 的长为 8。
9. 如图,矩形 ABCD 的对角线 AC 的垂直平分线分别与边 AD,BC 交于点 E,F,连接 AF,CE,求证:四边形 AECF 是菱形。
答案:本题可通过证明四边形 AECF 的四条边相等来证明它是菱形。
### 步骤一:证明△AOE≌△COF
因为 EF 是 AC 的垂直平分线,所以 AO = CO,∠AOE = ∠COF = 90°。
在矩形 ABCD 中,AD∥BC,所以∠EAO = ∠FCO。
在△AOE 和△COF 中,$\begin{cases}∠EAO = ∠FCO \\ AO = CO \\ ∠AOE = ∠COF\end{cases}$,根据 ASA(角 - 边 - 角)定理可得△AOE≌△COF。
### 步骤二:得出 AE = CF
由△AOE≌△COF 可得 AE = CF。
又因为 AD∥BC,即 AE∥CF,所以四边形 AECF 是平行四边形。
### 步骤三:证明四边形 AECF 是菱形
因为 EF 是 AC 的垂直平分线,所以 AE = CE。
在平行四边形 AECF 中,一组邻边相等的平行四边形是菱形,由于 AE = CE,所以四边形 AECF 是菱形。
10. 在矩形 ABCD 中,点 E,F 分别是边 BC,CD 上的点,且∠EAF = 45°,将△ADF 绕点 A 顺时针旋转 90°得到△ABG,求证:EF = EG。
答案:本题可通过证明△AEF≌△AEG 来得出 EF = EG。
### 步骤一:根据旋转的性质得到相关结论
因为将△ADF 绕点 A 顺时针旋转 90°得到△ABG,所以△ADF≌△ABG。
则 AF = AG,DF = BG,∠DAF = ∠BAG。
### 步骤二:求出∠GAE 的度数
已知∠EAF = 45°,∠BAD = 90°,因为∠DAF = ∠BAG,所以∠GAE = ∠GAB + ∠BAE = ∠DAF + ∠BAE。
又因为∠BAD = ∠BAE + ∠EAF + ∠DAF = 90°,∠EAF = 45°,所以∠BAE + ∠DAF = 90° - 45° = 45°,即∠GAE = 45°。
### 步骤三:证明△AEF≌△AEG
在△AEF 和△AEG 中,$\begin{cases}AF = AG \\ ∠EAF = ∠GAE = 45° \\ AE = AE\end{cases}$,根据 SAS(边 - 角 - 边)定理可得△AEF≌△AEG。
### 步骤四:得出 EF = EG
由△AEF≌△AEG 可得 EF = EG。