「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

【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.


「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

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


「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

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)


「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

(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

「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

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°


「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

證法二:平移GF使F點與E點重合


「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

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,


「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

證明△MEE≌△ONE,


「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

△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


「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

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


「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

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


「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

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。


「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

證法五:延長OE交GF於M


「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

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,


「18春8下武昌區期中T24」一個經典圖形的多種證法

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


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