第十一讲操作实践问题
【专题知识结构】
【专题解题分析】
动手操作问题在中考中的常考点有剪纸问题,图形的折叠问题,分割与剪拼,作图题;方案设计问题在中考中的常考点有方程(组)、不等式方案设计,函数方案设计,统计、概率方案设计,测量方案设计,图形方案设计等.
解决动手操作与方案设计问题常用的数学思想是方程思想,函数思想;常用的数学方法有分类讨论法,数形结合法,设参数法,逆向思维法等.
【典型例题解析】
例题1:
如图,在边长为1的小正方形网格中,将△ABC绕某点旋转到△A'B'C'的位置,则点B运动的最短路径长为 π .
【考点】O4:轨迹;R2:旋转的性质.
【分析】如图作线段AA′、CC′的垂直平分线相交于点P,点P即为旋转中心,观察图象可知,旋转角为90°(逆时针旋转)时B运动的路径长最短
【解答】解:如图作线段AA′、CC′的垂直平分线相交于点P,点P即为旋转中心,
观察图象可知,旋转角为90°(逆时针旋转)时B运动的路径长最短,PB==,
∴B运动的最短路径长为==π,
故答案为π.
例题2:
(2017湖北宜昌)如图,在△AEF中,尺规作图如下:分别以点E,点F为圆心,大于EF的长为半径作弧,两弧相交于G,H两点,作直线GH,交EF于点O,连接AO,则下列结论正确的是( )
A.AO平分∠EAF
B.AO垂直平分EF
C.GH垂直平分EF
D.GH平分AF
【考点】N2:作图—基本作图;KG:线段垂直平分线的性质.
【分析】直接根据线段垂直平分线的作法即可得出结论.
【解答】解:由题意可得,GH垂直平分线段EF.
故选C.
例题3:如图,已知△ABC,请用圆规和直尺作出△ABC的一条中位线EF(不写作法,保留作图痕迹).
【考点】N3:作图—复杂作图;KX:三角形中位线定理.
【分析】作线段AB的垂直平分线得到AB的中点E,作AC的垂直平分线得到线段AC的中点F.线段EF即为所求.
【解答】解:如图,△ABC的一条中位线EF如图所示,
方法:作线段AB的垂直平分线得到AB的中点E,作AC的垂直平分线得到线段AC的中点F.线段EF即为所求.
例题4:已知点A(0,4),B(7,0),C(7,4),连接AC,BC得到矩形AOBC,点D的边AC上,将边OA沿OD折叠,点A的对应边为A'.若点A'到矩形较长两对边的距离之比为1:3,则点A'的坐标为 :(,3)或(,1)或(2,﹣2) .
【考点】PB:翻折变换(折叠问题);D5:坐标与图形性质;LB:矩形的性质.
【分析】由已知得出∠A=90°,BC=OA=4,OB=AC=7,分两种情况:(1)当点A'在矩形AOBC的内部时,过A'作OB的垂线交OB于F,交AC于E,当A'E:A'F=1:3时,求出A'E=1,A'F=3,由折叠的性质得:OA'=OA=4,∠OA'D=∠A=90°,在Rt△OA'F中,由勾股定理求出OF==,即可得出答案;
②当A'E:A'F=3:1时,同理得:A'(,1);
(2)当点A'在矩形AOBC的外部时,此时点A'在第四象限,过A'作OB的垂线交OB于F,交AC于E,由A'F:A'E=1:3,则A'F:EF=1:2,求出A'F=EF=BC=2,在Rt△OA'F中,由勾股定理求出OF=2,即可得出答案.
【解答】解:∵点A(0,4),B(7,0),C(7,4),
∴BC=OA=4,OB=AC=7,
分两种情况:
(1)当点A'在矩形AOBC的内部时,过A'作OB的垂线交OB于F,交AC于E,如图1所示:
①当A'E:A'F=1:3时,
∵A'E+A'F=BC=4,
∴A'E=1,A'F=3,
由折叠的性质得:OA'=OA=4,
在Rt△OA'F中,由勾股定理得:OF==,
∴A'(,3);
②当A'E:A'F=3:1时,同理得:A'(,1);
(2)当点A'在矩形AOBC的外部时,此时点A'在第四象限,过A'作OB的垂线交OB于F,交AC于E,如图2所示:∵A'F:A'E=1:3,则A'F:EF=1:2,
∴A'F=EF=BC=2,
由折叠的性质得:OA'=OA=4,
在Rt△OA'F中,由勾股定理得:OF==2,
∴A'(2,﹣2);
故答案为:(,3)或(,1)或(2,﹣2).
例题5:(2017山东威海)如图,A点的坐标为(﹣1,5),B点的坐标为(3,3),C点的坐标为(5,3),D点的坐标为(3,﹣1),小明发现:线段AB与线段CD存在一种特殊关系,即其中一条线段绕着某点旋转一个角度可以得到另一条线段,你认为这个旋转中心的坐标是 (1,1)或(4,4) .
【分析】分点A的对应点为C或D两种情况考虑:①当点A的对应点为点C时,连接AC、BD,分别作线段AC、BD的垂直平分线交于点E,点E即为旋转中心;②当点A的对应点为点D时,连接AD、BC,分别作线段AD、BC的垂直平分线交于点M,点M即为旋转中心.此题得解.
【解答】解:①当点A的对应点为点C时,连接AC、BD,分别作线段AC、BD的垂直平分线交于点E,如图1所示,
∵A点的坐标为(﹣1,5),B点的坐标为(3,3),
∴E点的坐标为(1,1);
②当点A的对应点为点D时,连接AD、BC,分别作线段AD、BC的垂直平分线交于点M,如图2所示,
∵A点的坐标为(﹣1,5),B点的坐标为(3,3),
∴M点的坐标为(4,4).
综上所述:这个旋转中心的坐标为(1,1)或(4,4).
故答案为:(1,1)或(4,4).
【点评】本题考查了坐标与图形变化中的旋转,根据给定点的坐标找出旋转中心的坐标是解题的关键.
例题6:【探索发现】
如图①,是一张直角三角形纸片,∠B=60°,小明想从中剪出一个以∠B为内角且面积最大的矩形,经过多次操作发现,当沿着中位线DE、EF剪下时,所得的矩形的面积最大,随后,他通过证明验证了其正确性,并得出:矩形的最大面积与原三角形面积的比值为 .
【拓展应用】
如图②,在△ABC中,BC=a,BC边上的高AD=h,矩形PQMN的顶点P、N分别在边AB、AC上,顶点Q、M在边BC上,则矩形PQMN面积的最大值为 .(用含a,h的代数式表示)
【灵活应用】
如图③,有一块“缺角矩形”ABCDE,AB=32,BC=40,AE=20,CD=16,小明从中剪出了一个面积最大的矩形(∠B为所剪出矩形的内角),求该矩形的面积.
【实际应用】
如图④,现有一块四边形的木板余料ABCD,经测量AB=50cm,BC=108cm,CD=60cm,且tanB=tanC=,木匠徐师傅从这块余料中裁出了顶点M、N在边BC上且面积最大的矩形PQMN,求该矩形的面积.
【考点】LO:四边形综合题.
【分析】【探索发现】:由中位线知EF=BC、ED=AB、由=可得;
【拓展应用】:由△APN∽△ABC知=,可得PN=a﹣PQ,设PQ=x,由S矩形PQMN=PQ PN═﹣(x﹣)2+,据此可得;
【灵活应用】:添加如图1辅助线,取BF中点I,FG的中点K,由矩形性质知AE=EH20、CD=DH=16,分别证△AEF≌△HED、△CDG≌△HDE得AF=DH=16、CG=HE=20,从而判断出中位线IK的两端点在线段AB和DE上,利用【探索发现】结论解答即可;
【实际应用】:延长BA、CD交于点E,过点E作EH⊥BC于点H,由tanB=tanC知EB=EC、BH=CH=54,EH=BH=72,继而求得BE=CE=90,可判断中位线PQ的两端点在线段AB、CD上,利用【拓展应用】结论解答可得.
【解答】解:【探索发现】
∵EF、ED为△ABC中位线,
∴ED∥AB,EF∥BC,EF=BC,ED=AB,
又∠B=90°,
∴四边形FEDB是矩形,
则===,
故答案为:;
【拓展应用】
∵PN∥BC,
∴△APN∽△ABC,
∴=,即=,
∴PN=a﹣PQ,
设PQ=x,
则S矩形PQMN=PQ PN=x(a﹣x)=﹣x2+ax=﹣(x﹣)2+,
∴当PQ=时,S矩形PQMN最大值为,
故答案为:;
【灵活应用】
如图1,延长BA、DE交于点F,延长BC、ED交于点G,延长AE、CD交于点H,取BF中点I,FG的中点K,
由题意知四边形ABCH是矩形,
∵AB=32,BC=40,AE=20,CD=16,
∴EH=20、DH=16,
∴AE=EH、CD=DH,
在△AEF和△HED中,
∵,
∴△AEF≌△HED(ASA),
∴AF=DH=16,
同理△CDG≌△HDE,
∴CG=HE=20,
∴BI==24,
∵BI=24<32,
∴中位线IK的两端点在线段AB和DE上,
过点K作KL⊥BC于点L,
由【探索发现】知矩形的最大面积为×BG BF=×(40+20)×(32+16)=720,
答:该矩形的面积为720;
【实际应用】
如图2,延长BA、CD交于点E,过点E作EH⊥BC于点H,
∵tanB=tanC=,
∴∠B=∠C,
∴EB=EC,
∵BC=108cm,且EH⊥BC,
∴BH=CH=BC=54cm,
∵tanB==,
∴EH=BH=×54=72cm,
在Rt△BHE中,BE==90cm,
∵AB=50cm,
∴AE=40cm,
∴BE的中点Q在线段AB上,
∵CD=60cm,
∴ED=30cm,
∴CE的中点P在线段CD上,
∴中位线PQ的两端点在线段AB、CD上,
由【拓展应用】知,矩形PQMN的最大面积为BC EH=1944cm2,
答:该矩形的面积为1944cm2.
【达标检测评估】
一、选择题:
1.
(2017湖北宜昌)如图,将一张四边形纸片沿直线剪开,如果剪开后的两个图形的内角和相等,下列四种剪法中,符合要求的是( )
A.①②
B.①③
C.②④
D.③④
【考点】L3:多边形内角与外角.
【分析】根据多边形的内角和定理即可判断.
【解答】解:∵①剪开后的两个图形是四边形,它们的内角和都是360°,③剪开后的两个图形是三角形,它们的内角和都是180°;
∴①③剪开后的两个图形的内角和相等,
故选B.
2.
(2017湖北宜昌)如图,将一张四边形纸片沿直线剪开,如果剪开后的两个图形的内角和相等,下列四种剪法中,符合要求的是( )
A.①②
B.①③
C.②④
D.③④
【考点】L3:多边形内角与外角.
【分析】根据多边形的内角和定理即可判断.
【解答】解:∵①剪开后的两个图形是四边形,它们的内角和都是360°,③剪开后的两个图形是三角形,它们的内角和都是180°;
∴①③剪开后的两个图形的内角和相等,
故选B.
3.
(2017湖北宜昌)如图,在△AEF中,尺规作图如下:分别以点E,点F为圆心,大于EF的长为半径作弧,两弧相交于G,H两点,作直线GH,交EF于点O,连接AO,则下列结论正确的是( )
A.AO平分∠EAF
B.AO垂直平分EF
C.GH垂直平分EF
D.GH平分AF
【考点】N2:作图—基本作图;KG:线段垂直平分线的性质.
【分析】直接根据线段垂直平分线的作法即可得出结论.
【解答】解:由题意可得,GH垂直平分线段EF.
故选C.
4.
(2016.山东省临沂市,3分)如图,将等边△ABC绕点C顺时针旋转120°得到△EDC,连接AD,BD.则下列结论:
①AC=AD;②BD⊥AC;③四边形ACED是菱形.
其中正确的个数是( )
A.0
B.1
C.2
D.3
【考点】旋转的性质;等边三角形的性质;菱形的判定.
【分析】根据旋转和等边三角形的性质得出∠ACE=120°,∠DCE=∠BCA=60°,AC=CD=DE=CE,求出△ACD是等边三角形,求出AD=AC,根据菱形的判定得出四边形ABCD和ACED都是菱形,根据菱形的判定推出AC⊥BD.
【解答】解:∵将等边△ABC绕点C顺时针旋转120°得到△EDC,
∴∠ACE=120°,∠DCE=∠BCA=60°,AC=CD=DE=CE,
∴∠ACD=120°﹣60°=60°,
∴△ACD是等边三角形,
∴AC=AD,AC=AD=DE=CE,
∴四边形ACED是菱形,
∵将等边△ABC绕点C顺时针旋转120°得到△EDC,AC=AD,
∴AB=BC=CD=AD,
∴四边形ABCD是菱形,
∴BD⊥AC,∴①②③都正确,
故选D.
【点评】本题考查了旋转的性质,菱形的性质和判定,等边三角形的性质和判定的应用,能灵活运用知识点进行推理是解此题的关键.
5.
(2017广西)如图,△ABC中,AB>AC,∠CAD为△ABC的外角,观察图中尺规作图的痕迹,则下列结论错误的是( )
A.∠DAE=∠B
B.∠EAC=∠C
C.AE∥BC
D.∠DAE=∠EAC
【考点】N3:作图—复杂作图;JB:平行线的判定与性质;K8:三角形的外角性质.
【分析】根据图中尺规作图的痕迹,可得∠DAE=∠B,进而判定AE∥BC,再根据平行线的性质即可得出结论.
【解答】解:根据图中尺规作图的痕迹,可得∠DAE=∠B,故A选项正确,
∴AE∥BC,故C选项正确,
∴∠EAC=∠C,故B选项正确,
∵AB>AC,
∴∠C>∠B,
∴∠CAE>∠DAE,故D选项错误,
故选:D.
二、填空题:
6.
(2016江苏淮安,18,3分)如图,在Rt△ABC中,∠C=90°,AC=6,BC=8,点F在边AC上,并且CF=2,点E为边BC上的动点,将△CEF沿直线EF翻折,点C落在点P处,则点P到边AB距离的最小值是 1.2 .
SHAPE
\
MERGEFORMAT
【考点】翻折变换(折叠问题).
【分析】如图,延长FP交AB于M,当FP⊥AB时,点P到AB的距离最小,利用△AFM∽△ABC,得到
SHAPE
\
MERGEFORMAT
=
SHAPE
\
MERGEFORMAT
求出FM即可解决问题.
【解答】解:如图,延长FP交AB于M,当FP⊥AB时,点P到AB的距离最小.
SHAPE
\
MERGEFORMAT
∵∠A=∠A,∠AMF=∠C=90°,
∴△AFM∽△ABC,
∴
SHAPE
\
MERGEFORMAT
=
SHAPE
\
MERGEFORMAT
,
∵CF=2,AC=6,BC=8,
∴AF=4,AB=
SHAPE
\
MERGEFORMAT
=10,
∴
SHAPE
\
MERGEFORMAT
=
SHAPE
\
MERGEFORMAT
,
∴FM=3.2,
∵PF=CF=2,
∴PM=1.2
∴点P到边AB距离的最小值是1.2.
故答案为1.2.
【点评】本题考查翻折变换、最短问题、相似三角形的判定和性质、勾股定理.垂线段最短等知识,解题的关键是正确找到点P位置,属于中考常考题型.
7.
(2017广西)如图,菱形ABCD的对角线相交于点O,AC=2,BD=2,将菱形按如图方式折叠,使点B与点O重合,折痕为EF,则五边形AEFCD的周长为 7 .
【考点】PB:翻折变换(折叠问题);L8:菱形的性质.
【分析】根据菱形的性质得到∠ABO=∠CBO,AC⊥BD,得到∠ABC=60°,由折叠的性质得到EF⊥BO,OE=BE,∠BEF=∠OEF,推出△BEF是等边三角形,得到∠BEF=60°,得到△AEO是等边三角形,推出EF是△ABC的中位线,求得EF=AC=1,AE=OE=1,同理CF=OF=1,于是得到结论.
【解答】解:∵四边形ABCD是菱形,AC=2,BD=2,
∴∠ABO=∠CBO,AC⊥BD,
∵AO=1,BO=,
∴tan∠ABO==,
∴∠ABO=30°,AB=2,
∴∠ABC=60°,
由折叠的性质得,EF⊥BO,OE=BE,∠BEF=∠OEF,
∴BE=BF,EF∥AC,
∴△BEF是等边三角形,
∴∠BEF=60°,
∴∠OEF=60°,
∴∠AEO=60°,
∴△AEO是等边三角形,
∴AE=OE,
∴BE=AE,
∴EF是△ABC的中位线,
∴EF=AC=1,AE=OE=1,
同理CF=OF=1,
∴五边形AEFCD的周长为=1+1+1+2+2=7.
故答案为:7.
8.
(2016·广东梅州)如图,在平面直角坐标系中,将△ABO绕点A顺时针旋转到△AB1C1的位置,点B、O分别落在点B1、C1处,点B1在x轴上,再将△AB1C1绕点B1顺时针旋转到△A1B1C2的位置,点C2在x轴上,将△A1B1C2绕点C2顺时针旋转到△A2B2C2的位置,点A2在x轴上,依次进行下去….若点A(,0),B(0,2),则点B2016的坐标为______________.
答案:(6048,2)
考点:坐标与图形的变换—旋转,规律探索,勾股定理。
解析:OA=,OB=2,由勾股定理,得:AB=,所以,OC2=2++=6,
所以,B2(6,2),同理可得:B4(12,2),B6(18,2),…
所以,B2016的横坐标为:10086=6048,所以,B2016(6048,2)
9.
如图,把正方形铁片OABC置于平面直角坐标系中,顶点A的坐标为(3,0),点P(1,2)在正方形铁片上,将正方形铁片绕其右下角的顶点按顺时针方向依次旋转90°,第一次旋转至图①位置,第二次旋转至图②位置…,则正方形铁片连续旋转2017次后,点P的坐标为 .
【考点】R7:坐标与图形变化﹣旋转;D2:规律型:点的坐标.
【分析】首先求出P1~P5的坐标,探究规律后,利用规律解决问题.
【解答】解:第一次P1(5,2),
第二次P2(5,1),
第三次P3(7,1),
第四次P4(10,2),
第五次P5(14,2),
…
发现点P的位置4次一个循环,
∵2017÷4=504余1,
P2017的纵坐标与P1相同为1,横坐标为5+3×504=1517,
∴
故P2017答案为(1,1517).
三、解答题:
10.
(2016·江西·6分)如图,六个完全相同的小长方形拼成了一个大长方形,AB是其中一个小长方形的对角线,请在大长方形中完成下列画图,要求:①仅用无刻度直尺,②保留必要的画图痕迹.
(1)在图1中画出一个45°角,使点A或点B是这个角的顶点,且AB为这个角的一边;
(2)在图2中画出线段AB的垂直平分线.
【考点】作图—应用与设计作图.
【分析】(1)根据等腰直角三角形的性质即可解决问题.
(2)根据正方形、长方形的性质对角线相等且互相平分,即可解决问题.
【解答】解:(1)如图所示,∠ABC=45°.(AB、AC是小长方形的对角线).
(2)线段AB的垂直平分线如图所示,
点M是长方形AFBE是对角线交点,点N是正方形ABCD的对角线的交点,直线MN就是所求的线段AB的垂直平分线.
11.
(2017广西)如图,在平面直角坐标系中,△ABC的三个顶点分别为A(﹣1,﹣2),B(﹣2,﹣4),C(﹣4,﹣1).
(1)把△ABC向上平移3个单位后得到△A1B1C1,请画出△A1B1C1并写出点B1的坐标;
(2)已知点A与点A2(2,1)关于直线l成轴对称,请画出直线l及△ABC关于直线l对称的△A2B2C2,并直接写出直线l的函数解析式.
【考点】P7:作图﹣轴对称变换;FA:待定系数法求一次函数解析式;Q4:作图﹣平移变换.
【分析】(1)根据图形平移的性质画出△A1B1C1并写出点B1的坐标即可;
(2)连接AA2,作线段AA2的垂线l,再作△ABC关于直线l对称的△A2B2C2即可.
【解答】解:(1)如图,△A1B1C1即为所求,B1(﹣2,﹣1);
(2)如图,△A2B2C2即为所求,直线l的函数解析式为y=﹣x.
12.
(2017烟台)今年,我市某中学响应习总书记“足球进校园”的号召,开设了“足球大课间”活动,现需要购进100个某品牌的足球供学生使用,经调查,该品牌足球2015年单价为200元,2017年单价为162元.
(1)求2015年到2017年该品牌足球单价平均每年降低的百分率;
(2)选购期间发现该品牌足球在两个文体用品商场有不同的促销方案:
试问去哪个商场购买足球更优惠?
【考点】AD:一元二次方程的应用.
【分析】(1)设2015年到2017年该品牌足球单价平均每年降低的百分率为x,根据2015年及2017年该品牌足球的单价,即可得出关于x的一元二次方程,解之即可得出结论;
(2)根据两商城的促销方案,分别求出在两商城购买100个该品牌足球的总费用,比较后即可得出结论.
【解答】解:(1)设2015年到2017年该品牌足球单价平均每年降低的百分率为x,
根据题意得:200×(1﹣x)2=162,
解得:x=0.1=10%或x=﹣1.9(舍去).
答:2015年到2017年该品牌足球单价平均每年降低的百分率为10%.
(2)100×=≈90.91(个),
在A商城需要的费用为162×91=14742(元),
在B商城需要的费用为162×100×=14580(元).
14742>14580.
答:去B商场购买足球更优惠.
13.
(2017烟台)【操作发现】
(1)如图1,△ABC为等边三角形,现将三角板中的60°角与∠ACB重合,再将三角板绕点C按顺时针方向旋转(旋转角大于0°且小于30°),旋转后三角板的一直角边与AB交于点D,在三角板斜边上取一点F,使CF=CD,线段AB上取点E,使∠DCE=30°,连接AF,EF.
①求∠EAF的度数;
②DE与EF相等吗?请说明理由;
【类比探究】
(2)如图2,△ABC为等腰直角三角形,∠ACB=90°,先将三角板的90°角与∠ACB重合,再将三角板绕点C按顺时针方向旋转(旋转角大于0°且小于45°),旋转后三角板的一直角边与AB交于点D,在三角板另一直角边上取一点F,使CF=CD,线段AB上取点E,使∠DCE=45°,连接AF,EF,请直接写出探究结果:
①求∠EAF的度数;
②线段AE,ED,DB之间的数量关系.
【考点】RB:几何变换综合题.
【分析】(1)①由等边三角形的性质得出AC=BC,∠BAC=∠B=60°,求出∠ACF=∠BCD,证明△ACF≌△BCD,得出∠CAF=∠B=60°,求出∠EAF=∠BAC+∠CAF=120°;
②证出∠DCE=∠FCE,由SAS证明△DCE≌△FCE,得出DE=EF即可;
(2)①由等腰直角三角形的性质得出AC=BC,∠BAC=∠B=45°,证出∠ACF=∠BCD,由SAS证明△ACF≌△BCD,得出∠CAF=∠B=45°,AF=DB,求出∠EAF=∠BAC+∠CAF=90°;
②证出∠DCE=∠FCE,由SAS证明△DCE≌△FCE,得出DE=EF;在Rt△AEF中,由勾股定理得出AE2+AF2=EF2,即可得出结论.
【解答】解:(1)①∵△ABC是等边三角形,
∴AC=BC,∠BAC=∠B=60°,
∵∠DCF=60°,
∴∠ACF=∠BCD,
在△ACF和△BCD中,,
∴△ACF≌△BCD(SAS),
∴∠CAF=∠B=60°,
∴∠EAF=∠BAC+∠CAF=120°;
②DE=EF;理由如下:
∵∠DCF=60°,∠DCE=30°,
∴∠FCE=60°﹣30°=30°,
∴∠DCE=∠FCE,
在△DCE和△FCE中,,
∴△DCE≌△FCE(SAS),
∴DE=EF;
(2)①∵△ABC是等腰直角三角形,∠ACB=90°,
∴AC=BC,∠BAC=∠B=45°,
∵∠DCF=90°,
∴∠ACF=∠BCD,
在△ACF和△BCD中,,
∴△ACF≌△BCD(SAS),
∴∠CAF=∠B=45°,AF=DB,
∴∠EAF=∠BAC+∠CAF=90°;
②AE2+DB2=DE2,理由如下:
∵∠DCF=90°,∠DCE=45°,
∴∠FCE=90°﹣45°=45°,
∴∠DCE=∠FCE,
在△DCE和△FCE中,,
∴△DCE≌△FCE(SAS),
∴DE=EF,
在Rt△AEF中,AE2+AF2=EF2,
又∵AF=DB,
∴AE2+DB2=DE2.