对称是自然界中最常见的一种现象,无论是动物还是植物的身体,大都具有对称性。
在我国的建筑中,从故宫博物院到普通民居,就是现代楼房,也大都注重对称。
几何中的轴对称,是指在一个平面内,如果一个图形沿一条直线折叠,直线两旁的部分能够完全重合。这条直线就是对称轴,它是对应点连线的垂直平分线。
这个知识点近年来常见于八年级、中考和高考。2020-2021学年北京理工大学附中八年级(上)期中数学试卷第25题,就考查了这一知识点。
我们先来看一下题:如图,已知等腰△ABC中,∠BAC=30°,AB=AC,∠PAB=α,作点B关于直线AP的对称点为点D,连接AD,连接BD交AP于点G,连接CD交AP于点E,交AB于点F。
(1)当α=15°时,
①按要求画出图形,
②求出∠ACD的度数;
③探究DE与BF的倍数关系并加以证明;
(2)在直线AP绕点A顺时针旋转的过程中(0°<α<75°),当△AEF为等腰三角形时,利用备用图直接求出α的值为 。
第一大问的第一问并无什么难度,按题意画好的图形如图二。
从图中可知,点B和点D关于直线AP对称,AP是线段BD的垂直平分线。
所以AD=AB,△ABD为等腰三角形,△ABG≌△ADG,∠PAD=∠PAB=α。
当α=15°时,∠PAD=15°,∠PAB=30°
在△ACD中,AD=CD,∠DAC=∠BAC+∠DAB=60°。
所以△ACD为等边三角形,∠ACD=60°。
再来看第三问,探究DE与BF的倍数关系。
这两条线段在图形中很难看出有直接的联系,更不要说倍数关系了,但可以利用轴对称的概念进行转换。
如图三,连接BE,E是直线AP上,AP垂直平分BD。
所以BE=DE。只要证明BE和BF的倍数关系就可以了。
我们回头看一下第二问的结论:△ACD为等边三角形,∠BAC=∠DAB=30°。
所以AB平分∠CAD。
因为,等边三角形顶角平分线,底边上的高和中线“三线合一”。
所以,AB垂直平分CD,△BEF为RT△。
△ABD为等腰三角形,∠ABD=∠ADB=75°。
因为,∠ADC=60°,所以,∠BDC=15°。
因为,∠BEF是△BDE的一个外角,△BDE也是等腰三角形,
所以,∠BEF=∠BDE+∠DBE=30°。
RT△BEF中,∠BEF=30°,这个角对应边长度是斜边长度的一半,所以BE=2BF。
所以,DE=2BF。
第二大问是一个填空题,但难度并不比第一大问小。
我们先来分析一下题意,只说了△AEF为等腰三角形时,并没有说哪两条边相等,这就需要分类讨论。可能有三种情况AE=AF、AE=EF、AF=EF。
要证明等腰三角形,可以通过证明两底角相等的方式进行,我们可以利用△AEF和△BCF构成的“8字模型”来帮助证明。
根据题意,我们可以知道,∠ABC=75°,∠BCD=α;所以∠BFC=∠AFE=105°-α。
我们先看第一种情况AE=AF,如图四。
则∠EAF=α,∠AEF=∠AFE=105°-α。
2(105°-α)+α=180°,α=30°。
第二种情况AE=EF,如图五。
则∠AFE=105°-α=∠EAF=α,α=52.5°。
第三种情况AF=EF。
此时α=75°,点D在CA的延长线上,点E点F与点A重合,如图六。
当然了,这也不在0°<α<75°的题意讨论范围之内。
所以第二大问的答案是30°或52.5°。