专题07 旋转的应用（教师版） 备战2021年中考几何压轴题分类导练学案

专题7：旋转的应用

【典例引领】

例题：在△ABC和△ADE中，BA=BC，DA=DE，且∠ABC=∠ADE=，点E在△ABC的内部，连接EC，EB和BD，并且∠ACE+∠ABE=90°.

（1）如图1，当=60°时，线段BD与CE的数量关系为           ，线段EA，EB，EC的数量关系为              ；

（2）如图2当=90°时，请写出线段EA，EB，EC的数量关系，并说明理由；

（3）在（2）的条件下，当点E在线段CD上时，若BC=，请直接写出△BDE的面积.

【答案】（1）;（2）;（3）2

【分析】（1）由△DAB≌△EAC（SAS），可得BD=EC，∠ABD=∠ACE，由∠ACE+∠ABE=90°，推出∠ABD+∠ABE=90°，可得∠DBE=90°，由此即可解决问题；（2）结论：EA2=EC2+2BE2．由题意△ABC，△ADE都是等腰直角三角形，想办法证明△DAB∽△EAC，推出=，∠ACE=∠ABD，可得∠DBE=90°，推出DE2=BD2+BE2，即可解决问题；（3）首先证明AD=DE=EC，设AD=DE=EC=x，在Rt△ADC中，利用勾股定理即可解决问题；

【解答】

（1）如图①中，

∵BA=BC，DA=DE．且∠ABC=∠ADE=60°，
∴△ABC，△ADE都是等边三角形，
∴AD=AE，AB=AC，∠DAE=∠BAC=60°，
∴∠DAB=∠EAC，
∴△DAB≌△EAC（SAS），
∴BD=EC，∠ABD=∠ACE，
∵∠ACE+∠ABE=90°，
∴∠ABD+∠ABE=90°，
∴∠DBE=90°，
∴DE2=BD2+BE2，
∵EA=DE，BD=EC，
∴EA2=BE2+EC2．
故答案为BD=EC，EA2=EB2+EC2．
（2）结论：EA2=EC2+2BE2．
理由：如图②中，

∵BA=BC，DA=DE．且∠ABC=∠ADE=90°，
∴△ABC，△ADE都是等腰直角三角形，
∴∠DAE=∠BAC=45°，
∴∠DAB=∠EAC，
∵=， =，
∴，
∴△DAB∽△EAC，
∴=，∠ACE=∠ABD，
∵∠ACE+∠ABE=90°，
∴∠ABD+∠ABE=90°，
∴∠DBE=90°，
∴DE2=BD2+BE2，
∵EA=DE，BD=EC，
∴EA2=EC2+BE2，
∴EA2=EC2+2BE2．
（3）如图③中，

∵∠AED=45°，D，E，C共线，
∴∠AEC=135°，
∵△ADB∽△AEC，
∴∠ADB=∠AEC=135°，
∵∠ADE=∠DBE=90°，
∴∠BDE=∠BED=45°，
∴BD=BE，
∴DE=BD，
∵EC=BD，
∴AD=DE=EC，设AD=DE=EC=x，
在Rt△ABC中，∵AB=BC=2，
∴AC=2，
在Rt△ADC中，∵AD2+DC2=AC2，
∴x2+4x2=40，
∴x=2（负根已经舍弃），
∴AD=DE=2，
∴BD=BE=2，
∴S△BDE=×2×2=2．

【强化训练】

1．请认真阅读下面的数学小探究系列，完成所提出的问题：

探究1：如图1，在等腰直角三角形ABC中，，，将边AB绕点B顺时针旋转得到线段BD，连接求证：的面积为提示：过点D作BC边上的高DE，可证≌

探究2：如图2，在一般的中，，，将边AB绕点B顺时针旋转得到线段BD，连接请用含a的式子表示的面积，并说明理由．

探究3：如图3，在等腰三角形ABC中，，，将边AB绕点B顺时针旋转得到线段BD，连接试探究用含a的式子表示的面积，要有探究过程．

【答案】（1）详见解析；（2）的面积为，理由详见解析；（3）的面积为．

【分析】如图1，过点D作BC的垂线，与BC的延长线交于点E，由垂直的性质就可以得出≌，就有进而由三角形的面积公式得出结论；

如图2，过点D作BC的垂线，与BC的延长线交于点E，由垂直的性质就可以得出≌，就有进而由三角形的面积公式得出结论；

如图3，过点A作与F，过点D作的延长线于点E，由等腰三角形的性质可以得出，由条件可以得出≌就可以得出，由三角形的面积公式就可以得出结论．

【解答】

如图1，过点D作交CB的延长线于E，

，

由旋转知，，，

，

，

，

在和中，

，

≌

，

，

；

的面积为，

理由：如图2，过点D作BC的垂线，与BC的延长线交于点E，

，

线段AB绕点B顺时针旋转得到线段BE，

，，

，

，

，

在和中，

，

≌，

，

，

；

如图3，过点A作与F，过点D作的延长线于点E，

，，

，

，

，

，

线段BD是由线段AB旋转得到的，

，

在和中，

，

≌，

，

，

的面积为．

2．如图，在矩形ABCD中，AB=3，BC=4，将矩形ABCD绕点C按顺时针方向旋转α角，得到矩形A'B'C'D'，B'C与AD交于点E，AD的延长线与A'D'交于点F．

（1）如图①，当α=60°时，连接DD'，求DD'和A'F的长；

（2）如图②，当矩形A'B'CD'的顶点A'落在CD的延长线上时，求EF的长；

（3）如图③，当AE=EF时，连接AC，CF，求AC•CF的值．

【答案】（1）DD′=3，A′F= 4﹣；（2）；（3）．

【分析】试题分析：（1）①如图①中，∵矩形ABCD绕点C按顺时针方向旋转α角，得到矩形A'B'C'D'，只要证明△CDD′是等边三角形即可解决问题；

②如图①中，连接CF，在Rt△CD′F中，求出FD′即可解决问题；

（2）由△A′DF∽△A′D′C，可推出DF的长，同理可得△CDE∽△CB′A′，可求出DE的长，即可解决问题；

（3）如图③中，作FG⊥CB′于G，由S△ACF=•AC•CF=•AF•CD，把问题转化为求AF•CD，只要证明∠ACF=90°，证明△CAD∽△FAC，即可解决问题；

【解答】（1）①如图①中，

∵矩形ABCD绕点C按顺时针方向旋转α角，得到矩形A'B'C'D'，∴A′D′=AD=B′C=BC=4，CD′=CD=A′B′=AB=3∠A′D′C=∠ADC=90°．∵α=60°，∴∠DCD′=60°，∴△CDD′是等边三角形，∴DD′=CD=3．

②如图①中，连接CF．∵CD=CD′，CF=CF，∠CDF=∠CD′F=90°，∴△CDF≌△CD′F，∴∠DCF=∠D′CF=∠DCD′=30°．在Rt△CD′F中，∵tan∠D′CF=，∴D′F=，∴A′F=A′D′﹣D′F=4﹣．

（2）如图②中，

在Rt△A′CD′中，∵∠D′=90°，∴A′C2=A′D′2+CD′2，∴A′C=5，A′D=2．∵∠DA′F=∠CA′D′，∠A′DF=∠D′=90°，∴△A′DF∽△A′D′C，∴ ，∴，∴DF=．同理可得△CDE∽△CB′A′，∴，∴，∴ED=，∴EF=ED+DF=．

（3）如图③中，作FG⊥CB′于G．

∵四边形A′B′CD′是矩形，∴GF=CD′=CD=3．∵S△CEF=•EF•DC=•CE•FG，∴CE=EF，∵AE=EF，∴AE=EF=CE，∴∠ACF=90°．∵∠ADC=∠ACF，∠CAD=∠FAC，∴△CAD∽△FAC，∴，∴AC2=AD•AF，∴AF=．∵S△ACF=•AC•CF=•AF•CD，∴AC•CF=AF•CD=．

3．在四边形中，点为边上的一点，点为对角线上的一点，且.

（1）若四边形为正方形.

①如图1，请直接写出与的数量关系___________；

②将绕点逆时针旋转到图2所示的位置，连接，猜想与的数量关系并说明理由；

（2）如图3，若四边形为矩形，，其它条件都不变，将绕点顺时针旋转得到，连接，请在图3中画出草图，并直接写出与的数量关系.

【答案】（1）①DF=AE，②DF=AE，理由见解析；（2）DF′=AE′.

【分析】

试题分析：（1）①利用正方形的性质得△ABD为等腰直角三角形，则BF=AB，再证明△BEF为等腰直角三角形得到BF=BE，所以BD﹣BF=AB﹣BE，从而得到DF=AE；

②利用旋转的性质得∠ABE=∠DBF，加上=，则根据相似三角形的判定可得到△ABE∽△DBF，所以=；

（2）先画出图形得到图3，利用勾股定理得到BD=AB，再证明△BEF∽△BAD得到，则=，接着利用旋转的性质得∠ABE′=∠DBF′，BE′=BE，BF′=BF，所以=，然后根据相似三角形的判定方法得到△ABE′∽△DBF′，再利用相似的性质可得=．

【解答】（1）①∵四边形ABCD为正方形，∴△ABD为等腰直角三角形，

∴BF=AB，

∵EF⊥AB，∴△BEF为等腰直角三角形，BF=BE，

∴BD﹣BF=AB﹣BE，即DF=AE；

故答案为DF=AE；

②DF=AE．理由如下：

∵△EBF绕点B逆时针旋转到图2所示的位置，∴∠ABE=∠DBF，

∵=，=，∴，

∴△ABE∽△DBF，∴=，

即DF=AE；

（2）如图3，∵四边形ABCD为矩形，

∴AD=BC=mAB，∴BD==AB，

∵EF⊥AB，∴EF∥AD，∴△BEF∽△BAD，

∴，∴=，

∵△EBF绕点B顺时针旋转α（0°＜α＜90°）得到△E'BF'，

∴∠ABE′=∠DBF′，BE′=BE，BF′=BF，

∴=，

∴△ABE′∽△DBF′，

∴=，

即DF′=AE′．

4．如图1，边长为4的正方形ABCD中，点E在AB边上（不与点A，B重合），点F在BC边上（不与点B，C重合）．

第一次操作：将线段EF绕点F顺时针旋转，当点E落在正方形上时，记为点G；

第二次操作：将线段FG绕点G顺时针旋转，当点F落在正方形上时，记为点H；

依次操作下去…

（1）图2中的△EFD是经过两次操作后得到的，其形状为　 　，求此时线段EF的长；

（2）若经过三次操作可得到四边形EFGH．

①请判断四边形EFGH的形状为　  　，此时AE与BF的数量关系是　  　；

②以①中的结论为前提，设AE的长为x，四边形EFGH的面积为y，求y与x的函数关系式及面积y的取值范围；

（3）若经过多次操作可得到首尾顺次相接的多边形，其最大边数是多少？它可能是正多边形吗？如果是，请直接写出其边长；如果不是，请说明理由．

【答案】（1）△DEF为等边三角形，EF的长为4﹣4．

（2）①四边形EFGH的形状为正方形，此时AE=BF．

②y=2x2﹣8x+16（0＜x＜4），y的取值范围为：8≤y＜16．

（3）经过多次操作可得到首尾顺次相接的多边形，其最大边数是8，它可能为正多边形，边长为4﹣4．

【分析】（1）根据旋转的性质，易知△EFD是等边三角形；利用等边三角形的性质、勾股定理即求出EF的长；

（2）①四边形EFGH的四边长都相等，所以是正方形；利用三角形全等证明AE=BF；

②求出面积y的表达式，这是一个二次函数，利用二次函数性质求出最值及y的取值范围．

（3）如答图2所示，经过多次操作可得到首尾顺次相接的多边形，可能是正多边形，最大边数为8，边长为4﹣4

【解答】（1）如题图2，由旋转性质可知EF=DF=DE，则△DEF为等边三角形．

在Rt△ADE与Rt△CDF中，

∴Rt△ADE≌Rt△CDF（HL）

∴AE=CF．

设AE=CF=x，则BE=BF=4﹣x

∴△BEF为等腰直角三角形．

∴EF=BF=（4﹣x）．

∴DE=DF=EF=（4﹣x）．

在Rt△ADE中，由勾股定理得：AE2+AD2=DE2，即：x+42=[（4﹣x]2，

解得：x1=8﹣4，x2=8+4（舍去）

∴EF=（4﹣x）=4﹣4．

DEF的形状为等边三角形，EF的长为4﹣4．

（2）①四边形EFGH的形状为正方形，此时AE=BF．理由如下：

依题意画出图形，如答图1所示：

由旋转性质可知，EF=FG=GH=HE，∴四边形EFGH的形状为正方形．

∵∠1+∠2=90°，∠2+∠3=90°，

∴∠1=∠3．

∵∠3+∠4=90°，∠2+∠3=90°，

∴∠2=∠4．

∵EF=EH

∴△AEH≌△BFE（ASA）

∴AE=BF．

②利用①中结论，易证△AEH、△BFE、△CGF、△DHG均为全等三角形，

∴BF=CG=DH=AE=x，AH=BE=CF=DG=4﹣x．

∴y=S正方形ABCD﹣4S△AEH=4×4﹣4×x（4﹣x）=2x2﹣8x+16．

∴y=2x2﹣8x+16（0＜x＜4）

∵y=2x2﹣8x+16=2（x﹣2）2+8，

∴当x=2时，y取得最小值8；当x=0时，y=16，

∴y的取值范围为：8≤y＜16．

（3）经过多次操作可得到首尾顺次相接的多边形，其最大边数是8，它可能为正多边形，边长为4﹣4．

如答图2所示，粗线部分是由线段EF经过7次操作所形成的正八边形．

设边长EF=FG=x，则BF=CG=x，

BC=BF+FG+CG=x+x+x=4，解得：x=4﹣4．