题目如图,
△ABC中,
AB=AC,
∠BAC=120∘,
D是
BC的中点,
E点在线段
BD上运动,作等边
△DEF.
(1)如图
1,
△DEF在
BC的上方,且
F点恰好落在线段
AB上,求
AFBF的值;
(2)如图
2,
△DEF在
BC的下方,
H在
CB延长线上,
CE=EH,连接
AF、
FH,求证:
AF⊥FH;
(3)如图
3,将
△DEF绕
D点旋转,连接
AF、
BE,已知
AB=23,DE=2,直接写出
AF+BE的最小值为______.
知识点:全等三角形的判定、旋转的性质章节:第23章 旋转 / 23.1 图形的旋转
答案与解析
答案
(1)连接
AD,如图
1,
∵AB=AC,点
D是
BC的中点,
∴∠BAD=21∠BAC=21×120°=60°,
AD⊥BC,
∴∠ADB=90∘,
∵△DEF是等边三角形,
∴∠EDF=60∘,
∴∠ADF=∠ADB−∠EDF=90∘−60∘=30∘∴∠AFD=180∘−∠ADF−∠BAD=180∘−30∘−60∘=90∘,
∴在
Rt△ADF中,
AF=21AD,
∵∠B=180∘−∠BAD−∠ADB=180∘−60∘−90∘=30∘,
∴在
Rt△ABD中,
AB=2AD,
∴BF=AB−AF=2AD−21AD=23AD,
∴AFBF=21AD23AD=3.
(2)连接
AD,如图
2,
∵AB=AC,
∠BAC=120∘,点
D为
BC中点,
∴∠ABC=∠C=30∘,
AD⊥BC,
∴AD=21AC,
连接
AH,取
AH的中点
O,连接
OF,
OE,
∵CE=EH,
∴OE∥AC,OE=21AC,
∴∠OEC=180∘−∠C=150∘,
OE=AD,
∵△FDE是等边三角形,
∴FE=FD,
∠FED=∠FDE=∠EFD=60∘,
∴∠ADF=90∘+60∘=150∘,
∠OEF=360∘−∠DEC−∠FED=150∘,
∴∠ADF=∠OEF,
∴△ADF≌△OEF(SAS),
∴AF=OF,
∠1=∠2,
∴∠OFA=∠EFD=60∘,
∴△OFA为等边三角形,
∴OA=OF,
∴OA=OH=OF,
∴∠OHF=∠OFH=21×60°=30°,
∴∠AFH=∠AFO+∠OFH=60∘+30∘=90∘,
∴AF⊥FH.
(3)在
Rt△ABD中,
∠ABC=30∘,
AB=23,
∴BD=AB⋅cos∠ABC=3,
以
BD为边在
BD下方作等边
△BDG,连接
AD,
AG,
FG,如图
3,
∴DB=DG=BG=3,
∠BDG=60∘=∠DBG,
∵△DEF为等边三角形,
∴DE=DF,
∠EDF=60∘,
∴∠BDG=∠EDF,
∴∠3=∠4,
∴△BDE≌△GDF(SAS),
∴BE=GF,
∴AF+BE=AF+GF⩾AG,
当且仅当点
A,
G,
F三点共线时取得最小值且为
AG,
∵∠ABG=∠ABC+∠DBG,
∴∠ABG=90∘,
∴AG=AB2+BG2=21,
∴AF+BE的最小值为
21.
解析
(1)连接
AD,如图
1,
∵AB=AC,点
D是
BC的中点,
∴∠BAD=21∠BAC=21×120°=60°,
AD⊥BC,
∴∠ADB=90∘,
∵△DEF是等边三角形,
∴∠EDF=60∘,
∴∠ADF=∠ADB−∠EDF=90∘−60∘=30∘∴∠AFD=180∘−∠ADF−∠BAD=180∘−30∘−60∘=90∘,
∴在
Rt△ADF中,
AF=21AD,
∵∠B=180∘−∠BAD−∠ADB=180∘−60∘−90∘=30∘,
∴在
Rt△ABD中,
AB=2AD,
∴BF=AB−AF=2AD−21AD=23AD,
∴AFBF=21AD23AD=3.
(2)连接
AD,如图
2,
∵AB=AC,
∠BAC=120∘,点
D为
BC中点,
∴∠ABC=∠C=30∘,
AD⊥BC,
∴AD=21AC,
连接
AH,取
AH的中点
O,连接
OF,
OE,
∵CE=EH,
∴OE∥AC,OE=21AC,
∴∠OEC=180∘−∠C=150∘,
OE=AD,
∵△FDE是等边三角形,
∴FE=FD,
∠FED=∠FDE=∠EFD=60∘,
∴∠ADF=90∘+60∘=150∘,
∠OEF=360∘−∠DEC−∠FED=150∘,
∴∠ADF=∠OEF,
∴△ADF≌△OEF(SAS),
∴AF=OF,
∠1=∠2,
∴∠OFA=∠EFD=60∘,
∴△OFA为等边三角形,
∴OA=OF,
∴OA=OH=OF,
∴∠OHF=∠OFH=21×60°=30°,
∴∠AFH=∠AFO+∠OFH=60∘+30∘=90∘,
∴AF⊥FH.
(3)在
Rt△ABD中,
∠ABC=30∘,
AB=23,
∴BD=AB⋅cos∠ABC=3,
以
BD为边在
BD下方作等边
△BDG,连接
AD,
AG,
FG,如图
3,
∴DB=DG=BG=3,
∠BDG=60∘=∠DBG,
∵△DEF为等边三角形,
∴DE=DF,
∠EDF=60∘,
∴∠BDG=∠EDF,
∴∠3=∠4,
∴△BDE≌△GDF(SAS),
∴BE=GF,
∴AF+BE=AF+GF⩾AG,
当且仅当点
A,
G,
F三点共线时取得最小值且为
AG,
∵∠ABG=∠ABC+∠DBG,
∴∠ABG=90∘,
∴AG=AB2+BG2=21,
∴AF+BE的最小值为
21.