2022-2023学年浙江省金华市东阳市八年级(下)期末数学试卷(含解析)
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一、选择题(本大题共10小题,共30.0分。在每小题列出的选项中,选出符合题目的一项)
1. 将方程2x2+7=4x改写成ax2+bx+c=0的形式,则a,b,c的值分别为( )
A. 2,4,7 B. 2,4,−7 C. 2,−4,7 D. 2,−4,−7
2. 下列计算中,正确的是( )
A. 49=−7 B. (−3)2=3 C. − (−5)2=5 D. 81=±9
3. 如图,在正方形网格中,A,B,C,D,E,F,G,H,I,J是网格线交点,△ABC与△DEF关于某点成中心对称,则其对称中心是( )
A. 点G
B. 点H
C. 点I
D. 点J
4. 已知平行四边形两内角和为70度,则该平行四边形的最大内角为( )
A. 110° B. 125° C. 135° D. 145°
5. 用反证法证明命题:“已知△ABC,AB=AC,求证:∠B<90°.”第一步应先假设( )
A. ∠B≥90° B. ∠B>90° C. ∠B<90° D. AB≠AC
6. 如图,在菱形ABCD中,对角线AC,BD相交于点O,点E为CD的中点.若OE=3,则菱形ABCD的周长为( )
A. 6
B. 12
C. 24
D. 48
7. 若关于x的一元二次方程kx2−2kx+4=0有两个相等的实数根,则k的值为( )
A. 0或4 B. 4或8 C. 0 D. 4
8. 如图,小明用七巧板拼了一个对角线长为2的正方形,再用这副七巧板拼成一个长方形,则长方形的对角线长为( )
A. 3 B. 2 C. 5 D. 4
9. 若点A(m−1,y1),B(m+1,y2)在反比例函数y=3x的图象上,且y1>y2,则m的取值范围是( )
A. m<−1 B. −|
10. 如图,四个全等的直角三角形拼成“赵爽弦图”得到正方形ABCD与正方形EFGH,点O为对角线AC的中点,MN过点O,分别交CH,AF于点M,N,若MG=3MH,AC=2MN,连CF,则S△BCFS正方形ABCD的值为( )
A. 120
B. 115
C. 312
D. 515
二、填空题(本大题共6小题,共24.0分)
11. 二次根式 a+1中的字母a的取值范围是______.
12. 如图所示,已知∠MON=60°,正五边形ABCDE的顶点A、B在射线OM上,顶点E在射线ON上,则∠AEO=______度.
13. 学校要从两位同学中选拔1人担任运动会志愿者,选普通话体育知识旅游知识拔项目及两人得分如右表所示,若将普通话、体育知小聪8090识和旅游知识依次按4:3:3记分.则最终胜出的同学是______ .
普通话
体育知识
旅游知识
小聪
80
90
72
小慧
90
80
70
14. 如图,在平面直角坐标系中,正方形ABCD的顶点A,B分别在x轴、y轴上,E为正方形对角线的交点,反比例函数y=kx(x>0.k>0)的图象经过点C,E.若点A(4,0),则k的值是______ .
15. 已知m为方程x2+3x−2023=0的根,那么m3+2m2−2026m−2023的值为______ .
16. 如图,在平面直角坐标系中,正方形OABC的两邻边分别在坐标轴的正半轴上,E为x轴正半轴上一动点,连CE,过点B作BF⊥CE交y轴于点F,连EF,以FB,FE为邻边构造平行四边形EGBF,已知OA=6.
(1)当E为BC的中点时,点F坐标为______ .
(2)在点E运动过程中,BG最小值为______ .
三、解答题(本大题共8小题,共66.0分。解答应写出文字说明,证明过程或演算步骤)
17. (本小题6.0分)
计算:
(1) 6+ 8× 12;
(2) 4− 2 2+1.
18. (本小题6.0分)
解方程:
(1)2x2−x−6=0;
(2)(y−2)2=9y2.
19. (本小题6.0分)
已知反比例函数y=kx(k≠0)的图象的一支如图所示,它经过点(3,−2).
(1)求此反比例函数的表达式,并补画该函数图象的另一支.
(2)求当y≤4,且y≠0时自变量x的取值范围.
20. (本小题8.0分)
甲、乙两名运动员在相同条件下6次射击成绩的折线统计图如下:
(1)填表(单位:环)
平均数
中位数
众数
甲的射击成绩
① ______
8
③ ______
乙的射击成绩
8
② ______
9
(2)计算甲、乙射击成绩的方差.
(3)你认为哪名运动员的射击水平较好,请简述理由.
21. (本小题8.0分)
在Rt△ABC中,∠BAC=90°,D是BC的中点,E是AD的中点,过点A作AF//BC交CE的延长线于点F,连接BF.
(1)求证:四边形ADBF是菱形.
(2)AB=6,四边形ADBF的面积为24.求AC的长.
22. (本小题10.0分)
建设美丽城市,改造老旧小区.某市2020年投入资金1000万元,2022年投入资金1440万元,现假定每年投入资金的增长率相同.
(1)求该市改造老旧小区投入资金的年平均增长率.
(2)2022年老旧小区改造的平均费用约为每个80万元.2023年为提高老旧小区品质,每个小区改造费用增加10%.如果投入资金年增长率保持不变,求该市在2023年最多可以改造多少个老旧小区?
23. (本小题10.0分)
定义:在平面直角坐标系中,过点P,Q分别作x轴,y轴的垂线所围成的矩形,叫做P,Q的“关联矩形”,如图所示.
(1)已知点A(−2,0)
①若点B的坐标为(3,2),则点A,B的“关联矩形”的周长为______ .
②若点C在直线y=4上,且点A,C的“关联矩形”为正方形,求直线AC的解析式.
(2)已知点M(1,−2),点N(4,3),若使函数y=kx的图象与点M、N的“关联矩形”有公共点,求k的取值范围.
24. (本小题12.0分)
在正方形ABCD中.
(1)【发现】
如图1,E为对角线AC上一点,连接BE,DE.则∠CDE与∠CBE相等吗?说明理由.
(2)【应用】
如图2,点E在AC上,连接BE,DE,延长DE交BC于点G,交AB的延长线于点F,若GE=GB,且BF=2,求正方形的边长.
(3)【迁移】
若正方形的边长为2 3,点E在射线AC上,连接BE,DE,射线DE交直线BC于点G,请问:是否存在点E,使得△BEG为等腰三角形?若存在,求出该三角形的腰长;若不存在,试说明理由.
答案和解析
1.【答案】C
【解析】解:2x2+7=4x可化为2x2−4x+7=0,它的二次项系数,一次项系数和常数项分别为2,−4,7,
故选:C.
根据任何一个关于x的一元二次方程经过整理,都能化成如下形式ax2+bx+c=0(a≠0).这种形式叫一元二次方程的一般形式.其中ax2叫做二次项,a叫做二次项系数;bx叫做一次项,b是一次项系数;c叫做常数项进行分析即可.
此题主要考查了一元二次方程的一般形式,关键是掌握要确定二次项系数,一次项系数和常数项,必须先把一元二次方程化成一般形式.
2.【答案】B
【解析】解:A, 49=7,故原式错误,不符合题意;
B, (−3)2=3,故原式正确,符合题意;
C,− (−5)2=−5,故原式错误,不符合题意;
D, 81=9,故原式错误,不符合题意.
故选:B.
根据二次根式的性质逐项进行判断即可.
本题考查了二次根式的性质,注意区分平方根与算术平方根的数学符号.
3.【答案】C
【解析】解:∵△ABC与△DEF关于某点成中心对称,
∴对应点B和E的连线与对应点C和F的连线的交点I是对称中心.
故选:C.
关于中心对称的两个图形,对应点的连线都经过对称中心,由此即可解决问题.
本题考查中心对称,关键是掌握中心对称的性质.
4.【答案】D
【解析】解:∵平行四边形有两个内角之和为70°,
∴这两个角等于35°,
∴另外两个角等于180°−35°=145°,
∴这个平行四边形的最大内角为145°,
故选:D.
根据平行四边形的对角相等,邻角互补即可解决问题;
本题考查平行四边形的性质,解题的关键是灵活运用所学知识解决问题,属于中考基础题.
5.【答案】A
【解析】
【分析】
此题主要考查了反证法,反证法的一般步骤是:①假设命题的结论不成立;②从这个假设出发,经过推理论证,得出矛盾;③由矛盾判定假设不正确,从而肯定原命题的结论正确.
直接利用反证法的第一步分析得出答案.
【解答】
解:用反证法证明命题:“已知△ABC,AB=AC,求证:∠B<90°.”第一步应先假设∠B≥90°.
故选:A.
6.【答案】C
【解析】解:∵四边形ABCD为菱形,
∴AC⊥BD,AB=BC=CD=DA,
∴△COD为直角三角形.
∵OE=3,点E为线段CD的中点,
∴CD=2OE=6.
∴C菱形ABCD=4CD=4×6=24.
故选:C.
由菱形的性质可得出AC⊥BD,AB=BC=CD=DA,再根据直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半得出CD的长,结合菱形的周长公式即可得出结论.
本题考查了菱形的性质以及直角三角形的性质,解题的关键是求出CD=6.
7.【答案】D
【解析】解:∵关于x的一元二次方程kx2−2kx+4=0有两个相等的实数根,
∴k≠0,△=(−2k)2−4×k×4=0,
解得:k=4,
故选:D.
根据已知一元二次方程有两个相等的实数根得出k≠0,△=(−2k)2−4×k×4=0,求出k的值即可.
本题考查了根的判别式和一元二次方程的定义,能得出关于k的不等式和方程是解此题的关键.
8.【答案】C
【解析】解:根据图形可知:长方形的长是正方形的对角线为2,
长方形的宽是正方形对角线的一半为1,
则长方形的对角线长= 22+12= 5.
故选:C.
根据图形可得长方形的长是正方形的对角线为2,长方形的宽是正方形对角线的一半为1,然后利用勾股定理即可解决问题.
本题考查了正方形的性质,七巧板,矩形的性质,解决本题的关键是掌握正方形的性质.
9.【答案】D
【解析】解:∵k=3>0,
∴反比例函数y=3x的图象在一、三象限,在每个象限内y随着x的增大而减小,
∵m−1
∴点A和点B的横坐标同号,
∴m−1>0m+1>0或m−1<0m+1<0,
解得:m>1或m<−1,
故选:D.
根据反比例函数的性质和增减性,结合点A和点B横纵坐标的大小关系,得到关于m的二元一次方程组,解之即可.
本题考查了反比例函数图象上点的坐标特征,正确掌握反比例函数的性质和增减性是解题的关键.
10.【答案】A
【解析】解:如图,连接GE,过H作HQ//MN交EF于Q,
∵CH=AF,GH=EF,
∴CG=AE,
∵CH//AF,
∴四边形CGAE是平行四边形,
∴GH,AC互相平分;
∵正方形EFGH,
∴OG=OE,GH//EF,
∴∠MGO=∠NEO,∠GMO=∠ENO,
在△MGO和△NEO中,
∠MGO=∠NEO∠GMO=∠ENOOG=OE
∴△MGO≌△NEO(AAS),
∴GM=EN,
∵HM//QN,HQ//MN,
∴四边形QNMH是平行四边形,
∴HM=QN,HQ=MN,
∵MG=3MH,AC=2MN,设MH=a,
∴MG=EN=3a,NQ=MH=a,EQ=2a,GH=HE=4a,
∴MN=HQ= 16a2+4a2=2 5a,AC=4 5a,
∵正方形ABCD,
∴AB=BC,∠ABC=90°,
∴AB=BC= 22AC=2 10a,
由题意可设DH=CG=AE=BF=m,
由等面积法可得:
(2 10a)2=(4a)2+4×12m(4a+m),
解得:m=2a,(负根舍去),
∴CG=BF=2a,
∴S△BCFS正方形ABCD=12×(2a)2(2 10a)2=120,
故选:A.
如图,连接GE,过H作HQ//MN交EF于Q,证明△MGO≌△NEO,四边形QNMH是平行四边形,可得HM=QN,HQ=MN,设MH=a,MG=EN=3a,NQ=MH=a,EQ=2a,GH=HE=4a,MN=HQ= 16a2+4a2=2 5a,AC=4 5a,AB=BC= 22AC=2 10a,由题意可设DH=CG=AE=BF=m,由等面积法可得:m=2a,再利用面积公式可得答案.
本题考查的是正方形的性质,平行四边形的判定与性质,全等三角形的判定与性质,勾股定理的应用,一元二次方程的解法,熟练的求解CG=BF=2a是解本题的关键.
11.【答案】a≥−1
【解析】解:由题意得,a+1≥0,
解得:a≥−1.
故答案为:a≥−1.
根据二次根式的被开方数为非负数,可得出关于a的不等式,继而可得出a的取值范围.
此题考查了二次根式有意义的条件,解答本题的关键是掌握二次根式的被开方数为非负数,难度一般.
12.【答案】48
【解析】解:∵五边形ABCDE是正五边形,
∴∠EAB=(5−2)×180°5=108°,
∵∠EAB是△AEO的外角,
∴∠AEO=∠EAB−∠MON=108°−60°=48°,
故答案为:48.
根据正五边形的性质求出∠EAB,根据三角形的外角性质计算,得到答案.
本题考查的是正多边形,掌握多边形内角和定理、正多边形的性质、三角形的外角性质是解题的关键.
13.【答案】小慧
【解析】解:小聪的成绩是:(80×4+90×3+72×3)÷(4+3+3)=80.6(分),
小慧的成绩是:(90×4+80×3+70×3)÷(4+3+3)=81(分),
∵81>80.6,
∴最终胜出的同学是小慧.
故答案为:小慧.
根据不同的权计算每个人的得分即可作出比较.
本题考查了加权平均数的概念及求法,属于基础题,牢记加权平均数的计算公式是解题的关键.
14.【答案】649
【解析】解:设C(m,km),
∵四边形ABCD是正方形,
∴点E为AC的中点,
∴E(m+42,k2m),
∵点E在反比例函数y=kx上,
∴m+42⋅k2m=k,
∴m=43,
作CH⊥y轴于H,
∴CH=43,
∵四边形ABCD是正方形,
∴BA=BC,∠ABC=90°,
∴∠OBA=∠HCB,
∵∠AOB=∠BHC,
∴△AOB≌△BHC(AAS),
∴BH=OA=4,OB=CH=43,
∴C(43,163),
∴k=43×163=649,
故答案为:649.
利用中点坐标公式可得点C的横坐标为43,作CH⊥y轴于H,再利用AAS证明△AOB≌△BHC,得BH=OA=4,OB=CH=43,从而得出点C的坐标,即可得出答案.
本题主要考查了反比例函数图象上点的坐标的特征,正方形的性质,全等三角形的判定与性质等知识,利用全等三角形的判定与性质求出点C的坐标是解题的关键.
15.【答案】−4046
【解析】解:∵m为方程x2+3x−2023=0的根,
∴m2+3m−2023=0,
∴m2=−3m+2023,
∴m3=m(−3m+2023)=−3m2+2023m=−3(−3m+2023)+2023m=2032m−6069,
∴m3+2m2−2026m−2023
=2032m−6069+2(−3m+2023)−2026m−2023
=2032m−6069−6m+4046−2026m−2023
=−4046.
故答案为:−4046.
先利用一元二次方程根的定义得到m2=−3m+2023,再用m表示m3得到m3=2032m−6069,然后利用整体代入的方法得到m3+2m2−2026m−2023=2032m−6069+2(−3m+2023)−2026m−2023,最后合并即可.
本题考查了一元二次方程的解:能使一元二次方程左右两边相等的未知数的值是一元二次方程的解.利用整体代入的方法可简化计算.
16.【答案】(0,3) 3 2
【解析】解:(1)∵四边形OABC是正方形,
∴OA=AB=BC=CO,∠AOC=∠OAB=∠ABC=∠BCO=90°,
∠OCE+∠CEO=90°,∠OCE+∠ECB=90°,
∵BF⊥CE,
∴∠FBC+∠ECB=90°,
∴∠OCE=∠FBC,
∴△OCE≌△CBF(AAS),
∴CF=OE,
∵E为OA的中点,OA=6,
∴OE=AE=3,
∴OF=CF=3,
∴F(0,3);
故答案为:(0,3);
(2)根据(1)可知:CF=OE,设CF=OE=x,
∵E为x轴正半轴上一动点,
∴OF=|x−6|,
在Rt△OEF中,
OE2+OF2=EF2,
∴EF2=x2+(x−6)2=2x2−12x+36=2(x−3)2+18,
根据配方法可知:EF2的最小值为:18,
∵四边形EGBF是平行四边形,
∴EF=BG= 18=3 2,
故答案为:3 2.
(1)根据正方形的性质得出OA=AB=BC=CO,∠AOC=∠OAB=∠ABC=∠BCO=90°,根据垂直得出∠OCE=∠FBC,再证明△OCE≌△CBF,得出CF=OE,求出OF=CF=3,即可得出答案;
(2)根据(1)可知:CF=OE,设CF=OE=x,得出OF=|x−6|,在Rt△OEF中,OE2+OF2=EF2,求出EF2=x2+(x−6)2=2x2−12x+36=2(x−3)2+18,根据配方法可得EF2的最小值,再根据平行四边形的性质即可得出答案.
本题考查正方形的性质,平行四边形的性质,勾股定理,掌握这些知识点是解题的关键.
17.【答案】解:(1) 6+ 8× 12
= 6+ 8×12
= 6+4 6
=5 6;
(2) 4− 2 2+1
=2− 2×( 2−1)( 2+1)×( 2−1)
=2− 2×( 2−1)
=2−2+ 2
= 2.
【解析】(1)先根据二次根式的乘法法则进行计算,再根据二次根式的加法法则进行计算即可;
(2)先分母有理化,再根据二次根式的性质进行计算,最后根据二次根式的加减法法则进行计算即可.
本题考查了二次根式的混合运算和分母有理化,能正确根据二次根式的运算法则进行计算是解此题的关键,注意运算顺序.
18.【答案】解:(1)2x2−x−6=0,
(2x+3)(x−2)=0,
∴2x+3=0或x−2=0,
解得x1=−32,x2=2;
(2)∵(y−2)2=9y2,
∴y−2=±3y,
∴y−2=3y或y−2=−3y,
解得y1=−1,y2=12.
【解析】(1)根据因式分解法可以解答此方程;
(2)根据直接开平方法可以解答此方程.
本题考查解一元二次方程,解答本题的关键是明确解一元二次方程的方法.
19.【答案】解:(1)把点(3,−2)代入y=kx(k≠0),
−2=k3,
解得:k=−6,
∴反比例函数的表达式为y=−6x,
补充其函数图象如下:
(2)当y=4时,−6x=4,
解得:x=−32,
∴当y≤4,且y≠0时,x≤−32或x>0.
【解析】(1)利用待定系数法求函数解析式,利用描点法补充函数图象;
(2)利用数形结合思想确定关键点,从而求得相应的自变量的取值范围.
本题考查反比例函数,掌握待定系数法求函数解析式及反比例函数的图象性质,利用数形结合思想解题是关键.
20.【答案】8 8 8.5
【解析】解:(1)甲的平均成绩为:6+8+7+10+8+96=8,众数为:8,
乙的成绩从小到大排列:6,7,8,9,9,9,中位数为:8+92=8.5,
故答案为:8,8.5,8;
(2)S甲2=16[(6−8)2+(8−8)2+(7−8)2+(10−8)2+(8−8)2+(9−8)2]=53,
S乙2=16[(9−8.5)2+(6−8.5)2+(9−8.5)2+(7−8.5)2+(9−8.5)2+(8−8.5)2]=43;
(3)由(2)知,乙的成绩更稳定,且乙的中位数和众数都大于甲,故乙运动员的射击水平较好.
(1)根据折线统计图得出结论即可;
(2)根据题中数据计算方差即可;
(3)根据平均数、中位数和众数得出结论即可.
本题主要考查折线统计图的知识,熟练根据折线统计图获取相应的数据是解题的关键.
21.【答案】(1)证明:∵AF//BC,
∴∠AFC=∠FCD,∠FAE=∠CDE,
∵点E是AD的中点,
∴AE=DE,
∴△FAE≌△CDE(AAS),
∴AF=CD,
∵点D是BC的中点,
∴BD=CD,
∴AF=BD,
∴四边形AFBD是平行四边形,
∵∠BAC=90°,D是BC的中点,
∴AD=BD=12BC,
∴四边形ADBF是菱形;
(2)解:∵四边形ADBF是菱形,
∴菱形ADBF的面积=2△ABD的面积,
∵点D是BC的中点,
∴△ABC的面积=2△ABD的面积,
∴菱形ADBF的面积=△ABC的面积=24,
∴12AB⋅AC=24,
∴12×6⋅AC=24,
∴AC=8,
∴AC的长为8.
【解析】(1)利用平行线的性质可得∠AFC=∠FCD,∠FAE=∠CDE,利用中点的定义可得AE=DE,从而证明△FAE≌△CDE,然后利用全等三角形的性质可得AF=CD,再根据D是BC的中点,可得AF=BD,从而可证四边形AFBD是平行四边形,最后利用直角三角形斜边上的中线可得BD=AD,从而利用菱形的判定定理即可解答;
(2)利用(1)的结论可得菱形ADBF的面积=2△ABD的面积,再根据点D是BC的中点,可得△ABC的面积=2△ABD的面积,进而可得菱形ADBF的面积=△ABC的面积,然后利用三角形的面积进行计算即可解答.
本题考查了菱形的判定与性质,直角三角形斜边上的中线,全等三角形的判定与性质,熟练掌握全等三角形的判定与性质,以及菱形的判定与性质是解题的关键.
22.【答案】解:(1)设该市改造老旧小区投入资金的年平均增长率为x,
依题意得:1000(1+x)2=1440,
解得:x1=0.2=20%,x2=−2.2(不合题意,舍去).
答:该市改造老旧小区投入资金的年平均增长率为20%.
(2)设该市在2023年可以改造y个老旧小区,
依题意得:80×(1+10%)y≤1440×(1+20%),
解得:y≤19.66,
又∵y为整数,
∴y的最大值为19.
答:该市在2023年最多可以改造19个老旧小区.
【解析】(1)设该市改造老旧小区投入资金的年平均增长率为x,利用2022年投入资金金额=2020年投入资金金额×(1+年平均增长率)2,即可得出关于x的一元二次方程,解之取其正值即可得出结论;
(2)设该市在2023年可以改造y个老旧小区,根据2023年改造老旧小区所需资金不多于2023年投入资金金额,即可得出关于y的一元一次不等式,解之取其中的最大整数值即可得出结论.
本题考查了一元二次方程的应用以及一元一次不等式的应用,解题的关键是:(1)找准等量关系,正确列出一元二次方程;(2)根据各数量之间的关系,正确列出一元一次不等式.
23.【答案】14
【解析】解:(1)①点A,B的“关联矩形”的长为3−(−2)=5,宽为2−0=2,
∴周长为(5+2)×2=14.
故答案为:14.
②点A,C的“关联矩形”为正方形时点C有两个,C1(2,4),C2(−6,4),如图所示:
设直线AC1的解析式为y=k1x+b1,则
−2k1+b1=02k1+b1=4,
∴k1=1b1=2,
∴直线AC1的解析式为y=x+2;
设直线AC2的解析式为y=k2x+b2,则
−2 k2+b2=0−6k2+b2=4,
∴k2=−1b2=−2,
∴直线AC2的解析式为y=−x−2;
∴直线AC的解析式为y=x+2或y=−x−2.
(2)如图所示:当k>0时,若函数y=kx的图象过点N(4,3),则k=12,所以0
∴若使函数y=kx的图象与点M、N的“关联矩形”有公共点,k的取值范围为−8≤k<0或0
(1)①画出点A,B的“关联矩形”,确定长和宽,最后确定周长;
②画出点A,C的“关联矩形”为正方形的图形,点C有两个位置,分别求直线AC的解析式;
(2)画出点M、N的“关联矩形”,若使函数y=kx的图象与点M、N的“关联矩形”有公共点,观察函数y=kx中k的变化,找到k的临界值,即函数y=kx的图象过点N(4,3、(4,−2)时,进而求出k的取值范围.
本题在新定义下考查了一次函数和反比例函数的图象和性质,以及图象的交点问题,体现了数形结合的思想,虽然是新定义,但难度不是很大.
24.【答案】解:(1)∠CDE=∠CBE,理由如下:
∵AC是正方形ABCD的对角线,
∴CD=CB,∠DCE=∠BCE=45°,
∵CE=CE,
∴△CDE≌△CBE(SAS),
∴∠CDE=∠CBE;
(2)∵GE=GB,且BF=2,
∴∠FEB=∠CBE,
由(1)知,∠CDE=∠CBE,
∴∠FEB=∠CDE,
∵四边形ABCD是正方形,
∴DC//AB,∠ADC=∠ABC=∠DAB=90°,
∴∠CDE=∠F,
∴∠FEB=∠F,
∴BE=BF=2,
∵△CDE≌△CBE,
∴DE=BE=2,
∵∠ADE=∠ABE=∠FEB+∠F=2∠F,
∴90°=∠DAB=∠ADF+∠F=3∠F,
∴∠F=30°,
设正方形ABCD的边长为x,
∴AD=AB=x,
∴DF=2AD=2x,
在Rt△ADF中,DF2=AD2+AF2,
∴(2x)2=x2+(x+2)2,
∴x=1+ 3或x=1− 3(舍去),
∴正方形ABCD的边长为1+ 3;
(3)①如图,点E在线段AC上,且点E靠近点A,
∵四边形ABCD是正方形,边长为2 3,
∴∠DCB=∠ABC=∠ABG=90°,
∴∠EBG=∠ABE+∠ABG>90°,
∴△EBG是钝角三角形,
当BE=BG时,∠BEG=∠G,
∵△CDE≌△CBE,
∴∠CDE=∠CBE=∠BEG+∠G=2∠G,
∴90°=∠DCB=∠CDG+∠G=3∠G,
∴∠G=30°,
∴DG=2CD=4 3,
∴CG= DG2−CD2= (4 3)2−(2 3)2=6,
∴BG=CG−BC=6−2 3;
②如图,点E在线段AC上,且点E靠近点C,
∵四边形ABCD是正方形,边长为2 3,
∴∠DCB=∠ADC=90°,
∴∠EGB=∠GDC+∠DCG>90°,
∴△EBG是钝角三角形,
当GE=BG时,设GE=BG=a,
∴∠GEB=∠GBE,
∵∠CDE=∠CBE,
∴∠GEB=∠CBE=∠CDE,
∴∠CGD=∠GEB+∠GBE=2∠CDG,
∴90°=∠DCG=∠CDG+∠CGD=3∠CDG,
∴∠CDG=30°,
∴DG=2CG=2(2 3−a)=4 3−2a,
∵DG2=CD2+CG2,
∴(4 3−2a)2=(2 3)2+(2 3−a)2,
∴a=2 3−2或a=2 3+2(舍去),
∴BG=2 3−2;
③点E在线段AC的延长线上,
∵四边形ABCD是正方形,边长为2 3,
∴∠DCB=∠DCG=90°,
∴∠BGE=∠GDC+∠DCG>90°,
∴△EBG是钝角三角形,
当GE=BG时,设GE=BG=b,
∴∠GEB=∠GBE,
∵∠CDE=∠CBE,
∴∠GEB=∠CBE=∠CDE,
∴∠CGD=∠GEB+∠GBE=2∠CDG,
∴90°=∠DCG=∠CDG+∠CGD=3∠CDG,
∴∠CDG=30°,
∴DG=2CG=2(b−2 3)=2b−4 3,
∵DG2=CD2+CG2,
∴(2b−4 3)2=(2 3)2+(b−2 3)2
∴b=2 3−2(舍去)或b=2 3+2,
∴BG=2 3+2;
综上所述,存在点E,使得△BEG为等腰三角形,该三角形的腰长为6−2 3或2 3−2或2 3+2.
【解析】(1)先判断出CD=CB,∠DCE=∠BCE=45°,进而判断出△CDE≌△CBE(SAS),根据全等三角形的性质进而得出结论;
(2)利用正方形的性质及等腰三角形的性质推出∠CDE=∠FEB=∠F,结合△CDE≌△CBE,得出DE=BF=BE=2,再利用三角形外角性质推出∠ADE=∠ABE=∠FEB+∠F=2∠F,根据直角三角形的两锐角互余求出∠F=30°,根据含30°角的直角三角形的性质得出DF=2AD,设正方形ABCD的边长为x,根据勾股定理得到(2x)2=x2+(x+2)2,据此求解即可;
(3)分三种情况讨论即可得解:①点E在线段AC上,且点E靠近点A;②点E在线段AC上,且点E靠近点C;③点E在线段AC的延长线上.
此题是四边形综合题,考查了正方形的性质、全等三角形的判定与性质、等腰三角形的性质、勾股定理等知识,熟练掌握正方形的性质、等腰三角形的性质并会分情况画出图形讨论是解题的关键.
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