第十八章 平行四边形
18.2 矩形(基础巩固)
【要点梳理】
要点一、矩形的定义
有一个角是直角的平行四边形叫做矩形.
要点诠释:矩形定义的两个要素:①是平行四边形;②有一个角是直角.即矩形首先是一个平行四边形,然后增加一个角是直角这个特殊条件.
要点二、矩形的性质
矩形的性质包括四个方面:
1.矩形具有平行四边形的所有性质;
2.矩形的对角线相等;
3.矩形的四个角都是直角;
4.矩形是轴对称图形,它有两条对称轴.
要点诠释:(1)矩形是特殊的平行四边形,因而也是中心对称图形.过中心的任意直线可将矩形分成完全全等的两部分.
(2)矩形也是轴对称图形,有两条对称轴(分别通过对边中点的直线).对称轴的交点就是对角线的交点(即对称中心).
(3)矩形是特殊的平行四边形,矩形具有平行四边形的所有性质,从而矩形的性质可以归结为从三个方面看:从边看,矩形对边平行且相等;从角看,矩形四个角都是直角;从对角线看,矩形的对角线互相平分且相等.
要点三、矩形的判定
矩形的判定有三种方法:
1.定义:有一个角是直角的平行四边形叫做矩形.
2.对角线相等的平行四边形是矩形.
3.有三个角是直角的四边形是矩形.
要点诠释:在平行四边形的前提下,加上“一个角是直角”或“对角线相等”都能判定平行四边形是矩形.
要点四、直角三角形斜边上的中线的性质
直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半.
要点诠释:(1)直角三角形斜边上的中线的性质是矩形性质的推论.性质的前提是直角三角形,对一般三角形不可使用.
(2)学过的直角三角形主要性质有:①直角三角形两锐角互余;②直角三角形两直角边的平方和等于斜边的平方;③直角三角形中30°所对的直角边等于斜边的一半.
(3)性质可以用来解决有关线段倍分的问题.
【典型例题】
类型一、矩形的性质
例1、如图,在矩形ABCD中,AB=4,AD=6,M,N分别是AB,CD的中点,P是AD上的点,且∠PNB=3∠CBN.
(1)求证:∠PNM=2∠CBN;
(2)求线段AP的长.
【思路点拨】(1)由MN∥BC,易得∠CBN=∠MNB,由已知∠PNB=3∠CBN,根据角的和差不难得出结论;
(2)连接AN,根据矩形的轴对称性,可知∠PAN=∠CBN,由(1)知∠PNM=2∠CBN=2∠PAN,由AD∥MN,可知∠PAN=∠ANM,所以∠PAN=∠PNA,根据等角对等边得到AP=PN,再用勾股定理列方程求出AP.
【答案与解析】
解:(1)∵四边形ABCD是矩形,M,N分别是AB,CD的中点,
∴MN∥BC,
∴∠CBN=∠MNB,
∵∠PNB=3∠CBN,
∴∠PNM=2∠CBN;
(2)连接AN,
根据矩形的轴对称性,可知∠PAN=∠CBN,
∵MN∥AD,
∴∠PAN=∠ANM,
由(1)知∠PNM=2∠CBN,
∴∠PAN=∠PNA,
∴AP=PN,
∵AB=CD=4,M,N分别为AB,CD的中点,
∴DN=2,
设AP=x,则PD=6﹣x,
在Rt△PDN中
PD2+DN2=PN2,
∴(6﹣x)2+22=x2,
解得:x=
所以AP=.
【总结升华】本题主要考查了矩形的性质、勾股定理等知识的综合运用,难度不大,根据角的倍差关系得到∠PAN=∠PNA,发现AP=PN是解决问题的关键.
举一反三:
【变式】如图,Rt△ABC中,∠C=90°,AC=3,BC=4,点P为AB边上任一点,过P分别作PE⊥AC于E,PF⊥BC于F,则线段EF的最小值是 _________ .
【答案】;
提示:因为ECFP为矩形,所以有EF=PC.PC最小时是直角三角形斜边上的高.
类型二、矩形的判定
例2、已知:平行四边形ABCD中,E、F分别是AB、CD的中点,连接AF、CE.
(1)求证:△BEC≌△DFA;
(2)连接AC,若CA=CB,判断四边形AECF是什么特殊四边形?并证明你的结论.
【答案与解析】
证明:(1)∵四边形ABCD是平行四边形,
∴AB=CD,∠B=∠D,BC=AD.
∵E、F分别是AB、CD的中点,
∴BE=AB,DF=CD.
∴BE=DF.
∴△BEC≌△DFA.
(2)四边形AECF是矩形.
∵四边形ABCD是平行四边形,
∴AB∥CD,且AB=CD.
∵E、F分别是AB、CD的中点,
∴BE=AB,DF=CD.
∴AE∥CF且AE=CF.
∴四边形AECF是平行四边形.
∵CA=CB,E是AB的中点,
∴CE⊥AB,即∠AEC=90°.
∴四边形AECF是矩形.
【总结升华】要证明△BEC和△DFA全等,主要运用判定定理(边角边);四边形AECF是矩形,先证明四边形AECF是平行四边形,再证这个平行四边形对角线相等或者有一个角是直角.
举一反三:
【变式】如图,将□ABCD的边AB延长至点E,使AB=BE,连接DE,EC,DE交BC于点O.
(1)求证:△ABD≌△BEC;
(2)连接BD,若∠BOD=2∠A,求证:四边形BECD是矩形.
【答案】证明:(1)在平行四边形ABCD中,AD=BC,AB=CD,AB∥CD,则BE∥CD.
又∵AB=BE,
∴BE=DC,
∴四边形BECD为平行四边形,
∴BD=EC.
∴在△ABD与△BEC中,
,
∴△ABD≌△BEC(SSS);
(2)由(1)知,四边形BECD为平行四边形,则OD=OE,OC=OB.
∵四边形ABCD为平行四边形,
∴∠A=∠BCD,即∠A=∠OCD.
又∵∠BOD=2∠A,∠BOD=∠OCD+∠ODC,
∴∠OCD=∠ODC,
∴OC=OD,
∴OC+OB=OD+OE,即BC=ED,
∴平行四边形BECD为矩形.
例3、如图所示,ABCD四个内角的角平分线分别交于点E、F、G、H.
求证:四边形EFGH是矩形.
【思路点拨】AE、BE分别为∠BAD、∠ABC的角平分线,由于在ABCD中,∠BAD+∠ABC=180°,易得∠BAE+∠ABE=90°,不难得到∠HEF=90°,同理可得∠H=∠F=90°.
【答案与解析】
证明:在ABCD中,AD∥BC,
∴ ∠BAD+∠ABC=180°,
∵ AE、BE分别平分∠BAD、∠ABC,
∴ ∠BAE+∠ABE=∠BAD+∠ABC=90°.
∴ ∠HEF=∠AEB=90°.
同理:∠H=∠F=90°.
∴ 四边形EFGH是矩形.
【总结升华】 (1)利用角平分线、垂线得到90°的角,选择“有三个直角的四边形是矩形”来判定.(2)本题没有涉及对角线,所以不会选择利用对角线来判定矩形.
类型三、直角三角形斜边上的中线的性质
例4、如图,△ABC中,AB=AC=10,BC=8,AD平分∠BAC交BC于点D,点E为AC的中点,连接DE,则△CDE的周长为( )
A.20 B.12 C.14 D.13
【答案】C;
【解析】
解:∵AB=AC,AD平分∠BAC,BC=8,
∴AD⊥BC,CD=BD=BC=4,
∵点E为AC的中点,
∴DE=CE=AC=5,
∴△CDE的周长=CD+DE+CE=4+5+5=14.
【总结升华】本题考查了直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半的性质,等腰三角形三线合一的性质,熟记性质并准确识图是解题的关键.
举一反三:
【变式】如图所示,已知平行四边形ABCD,AC、BD相交于点O,P是平行四边形ABCD外一点,且∠APC=∠BPD=90°.求证:平行四边形ABCD是矩形.
【答案】
解:连接OP.
∵ 四边形ABCD是平行四边形.
∴ AO=CO,BO=DO,
∵ ∠APC=∠BPD=90°,
∴ OP=AC,OP=BD,
∴ AC=BD.
∴ 四边形ABCD是矩形.
【巩固练习】
一.选择题
1.下列说法中正确的是( )
A. 对角线相等的四边形是矩形
B. 对角线互相垂直的四边形是菱形
C. 平行四边形的对角线平分一组对角
D. 矩形的对角线相等且互相平分
2.若矩形对角线相交所成钝角为120°,短边长3.6,则对角线的长为( ).
A. 3.6 B. 7.2 C. 1.8 D. 14.4
3.矩形邻边之比3∶4,对角线长为10,则周长为( ).
A.14 B.28 C.20 D.22
4.已知AC为矩形ABCD的对角线,则图中∠1与∠2一定不相等的是( )
A. B. C. D.
5. 在数学活动课上,老师和同学们判断一个四边形门框是否为矩形,下面是某合作学习小组的4位同学拟定的方案,其中正确的是( )
A.测量对角线是否相互平分 B.测量两组对边是否分别相等
C.测量一组对角是否都为直角 D.测量其中三个角是否都为直角
6. 如图,△ABC中,AC的垂直平分线分别交AC、AB于点D、F,BE⊥DF交DF的延长线于点E,已知∠A=30°,BC=2,AF=BF,则四边形BCDE的面积是( )
A. B. C.4 D.
二.填空题
7.矩形ABCD中,对角线AC、BD相交于O,∠AOB=60°,AC=10,则AB=______,BC=______.
8.在△ABC中,∠C=90°,AC=5,BC=3,则AB边上的中线CD=______.
9. 如图,矩形纸片ABCD中,AD=4,AB=10,按如图方式折叠,使点B与点D重合,折痕为EF,则DE=__________.
10.如图,在矩形ABCD中,对角线AC、BD相交于O,DE⊥AC于E,∠EDC:∠EDA=1:2,且AC=10,则DE的长度是________.
11.如图,在矩形ABCD中,E为BC的中点,且∠AED=90°,AD=10,则AB的长为 .
12. 如图,Rt△ABC中,∠C=90°,AC=BC=6,E是斜边AB上任意一点,作EF⊥AC于F,EG⊥BC于G,则矩形CFEG的周长是______.
三.解答题
13.如图,矩形ABCD的对角线相交于点O,OF⊥BC,CE⊥BD,OE∶BE=1∶3,OF=4,
求∠ADB的度数和BD的长.
14.在平行四边形ABCD中,过点D作DE⊥AB于点E,点F 在边CD上,DF=BE,连接AF,BF.
(1)求证:四边形BFDE是矩形;
(2)若CF=9,BF=12,DF=15,求证:AF平分∠DAB.
15.如图所示,已知AB=AC,AD=AE,DE=BC,且∠BAD=∠CAE.
求证:四边形BCED是矩形.
答案与解析
一.选择题
1.【答案】D;
【解析】∵对角线相等的平行四边形是矩形,∴A不正确;
∵对角线互相垂直的四边形不一定是菱形,∴B不正确;
∵平行四边形的对角线互相平分,菱形的对角线平分一组对角,∴C不正确;
∵矩形的对角线互相平分且相等,∴D正确;
2.【答案】B;
【解析】直角三角形中,30°所对的边等于斜边的一半.
3.【答案】B;
【解析】由勾股定理,可算得邻边长为6和8,则周长为28.
4.【答案】D;
【解析】∠2>∠1.
5.【答案】D;
6.【答案】A;
【解析】先证△ADF≌△BEF,则DF为△ABC中位线,再证明四边形BCDE是矩形,BE=,可求面积.
二.填空题
7.【答案】5,5;
【解析】可证△AOB为等边三角形,AB=AO=CO=BO.
8.【答案】;
【解析】由勾股定理算得斜边AB=,CD=AB=.
9.【答案】5.8;
【解析】设DE=,则AE=AB-BE=AB-DE=10-.在Rt△ADE中,由勾股定理可得AD2+AE2=DE2,即,解得=5.8.
10.【答案】;
【解析】根据∠EDC:∠EDA=1:2,可得∠EDC=30°,∠EDA=60°,进而得出△OCD是等边三角形,再由AC=10,求得DE.
11.【答案】5;
【解析】∵矩形ABCD中,E是BC的中点,
∴AB=CD,BE=CE,∠B=∠C=90°,
可证得△ABE≌△DCE(SAS),
∴AE=DE,
∵∠AED=90°,∴∠DAE=45°,
∴∠BAE=90°﹣∠DAE=45°,
∴∠BEA=∠BAE=45°,
∴AB=BE=AD=×10=5.
12.【答案】12;
【解析】推出四边形FCGE是矩形,得出FC=EG,FE=CG,EF∥CG,EG∥CA,求出∠BEG=∠B,推出EG=BG,同理AF=EF,求出矩形CFEG的周长是CF+EF+EG+CG=AC+BC,代入求出即可.
三.解答题
13.【解析】
解:由矩形的性质可知OD=OC.
又由OE∶BE=1∶3可知E是OD的中点.
又因为CE⊥OD,根据三线合一可知OC=CD,即OC=CD=OD,
即△OCD是等边三角形,故∠CDB=60°.
所以∠ADB=30°.
又因为CD=2OF=8,
即BD=2OD=2CD=16.
14.【解析】
证明:(1)∵四边形ABCD为平行四边形,
∴DC∥AB,即DF∥BE,
又∵DF=BE,
∴四边形DEBF为平行四边形,
又∵DE⊥AB,
∴∠DEB=90°,
∴四边形DEBF为矩形;
(2)∵四边形DEBF为矩形,
∴∠BFC=90°,
∵CF=9,BF=12,
∴BC==15,
∴AD=BC=15,
∴AD=DF=15,
∴∠DAF=∠DFA,
∵AB∥CD,
∴∠FAB=∠DFA,
∴∠FAB=∠DFA,
∴AF平分∠DAB.
15.【解析】
证明:在△ADB和△AEC中,
∵ AD=AE,∠BAD=∠CAE,AB=AC.
∴ △ADB≌△AEC,∴ BD=CE.
又∵ DE=BC,∴ 四边形BCED是平行四边形.
∵ ∠BAD=∠CAE,
∴ ∠BAD+∠BAC=∠CAE+∠BAC
即∠DAC=∠BAE.
在△DAC和△EAB中,
∵ DA=EA,∠DAC=∠EAB,AC=AB.
∴ △DAC≌△EAB,∴ DC=EB.
∴ 四边形BCED是矩形(对角线相等的平行四边形是矩形).