【試題呈現】
如圖1,平面直角座標系中,有正方形AOBC,O為座標原點,點A、B分別在y軸、x軸正半軸上,正方形OABC的面積為16.
(1)求點C的座標;
(2)如圖2,點E為對角線AB上一點,且EF⊥BC,EG⊥AC,垂足分別為F,點G,求證:OE⊥FG;
(3)如圖3,過點A作AH⊥OE交OE所在直線於點H,連接BH,當點E在對角線AB上運動時求BH的最小值.
第一問分析與解
由正方形面積為16,可知正方形邊長為4,故C(4,4)
第二問分析與解
相互垂直的線段不相交時,我們通常採取延長相交或平移相交
證法一:平移GF,使G點與E點重合
過E作ED∥GF,即證OE⊥DE,
如此一來,圖形變為我們所熟知的正方形對角線上的垂直基本圖形(鄰邊相等對角互補)
(這個基本圖形的證明方法多種),若結論成立,必然有OE=DE=GF,這指引我們作出下一步輔助線:聯結CE,證明OE=DE
由正方形對角線的對稱性,有
EO=EC,∠ECB=∠EOB
由GE⊥AC,∠C=90°
故EG∥DF,
故四邊形EGFD為平行四邊形,得
EG=DF,
又EF⊥BC,EG⊥AC,AC⊥BC
故四邊形EGFC為矩形
故CE=GF,
故CE=EF,
故∠ECD=∠EDC
又∠ECB=∠EOB
故∠EDC=∠EOB
則∠EOB+∠EDB=180°
四邊形OEDB中,∠OED+∠BOD=180°
顯然∠OED=∠OBC=90°
證法二:平移GF使F點與E點重合
當我們看到這個圖形時,自然想到下一步輔助線,即過E作EN⊥OA於N,
證明△MEE≌△ONE,
△MEE≌△ONE已有明顯的兩個條件:
∠MGE=∠ONE=90°、GE=NE
只需再找一個條件即可,回到GE⊥AC,EF⊥BC上來
聯結CE,不難證明CE=GF=OE=NE
證得△MEE≌△ONE,得∠OEN=∠MEG,
導角得ME⊥OE
證法三:平移OE使E與G重合
過G作EM∥OE,易證
四邊形OMGE為平行四邊形,得
MO=GE,MG=OE,
無論是從結論的成立條件還是圖形直觀上都存在著△AGM≌△CGF
易證四邊形GEFC為矩形,CF=GE
易證△AEG為等腰Rt△,得AG=GE
故AG=GE=MO=CF,
故AO-MO=AC-AG
即AM=CG
由AG=CF,∠MAG=∠GCF=90°
故△AGM≌△CGF
得∠AGM=∠CFG,
故∠AGM+∠CGF=∠CFG+∠CGF=90°
即有MG⊥GF
故OE⊥GF
注:△AGM≌△CGF在全等的判定上方法也多種,無非多添加輔助線,
證法四:平移OE,使E與F重合
易證△GCF≌△FBP,得∠PFB=∠FGC,導角得證。
證法五:延長OE交GF於M
考慮到正方形對角線上的“正方形的再生性”,延長GE交BO於N,得到更多等量線段和角度,
顯然EN=EF,∠ONE=∠GEF=90°,
若OM⊥GF成立,那麼必然有∠OEN=∠EFG,
即無論直觀還是從結論成立的條件看,
都指引我們證明△OEN≌△GFE
△OEN≌△GFE的條件已有兩個,只需再找一個即可
聯結CE,得CE=GF,
又由正方形對稱性可知EO=EC
故OE=GF
故△OEN≌△GFE,得:
∠OEN=∠EFG
故∠MEG+∠GEF=∠EFG+∠EGF=90°
故OE⊥GF
第3問分析與解
圖中的動點E導致垂足H的位置變化,圖中確定的元素:正方形的大小、∠AHO=90°,取AO中點,得到定長線段HP,聯結BP,則BH在一個兩邊長度都是定值的△BPH中,利用三邊關係求解即可
閱讀更多 武漢初中數學前沿研究 的文章