19. 正方形
教学目标
1.理解并掌握正方形的概念.
2.掌握正方形的性质和判定.
3.理解正方形与平行四边形、菱形、矩形之间的关系.
情景问题引入
把一张长方形的纸片按如图的方式折一下,可以截出正方形纸片,这是为什么呢?如果是长方形木板,又怎样从中截出面积最大的正方形木板呢?
[学生用书P114]
1.正方形的性质
性 质:(1)正方形__四条边__都相等;
(2)正方形__四个角__都是直角;
(3)正方形的对角线__相等且互相垂直平分__.
注 意:正方形是中心对称图形,对称中心是__两条对角线的交点__,也是轴对称图形,它有__4__条对称轴.
2.正方形的判定方法
定理1:有一个角是__直角__的菱形是正方形.
定理2:有一组邻边__相等__的矩形是正方形.
[学生用书P114]
类型之一 正方形的性质
如图,在正方形ABCD中,对角线AC、BD相交于点O,则图中的等腰三角形有( C )
A.4个 B.6个 C.8个 D.10个
【点悟】 本题考查了等腰三角形的概念以及正方形的性质:四边相等,对角线相等且互相垂直平分.
类型之二 正方形的判定
如图,在△ACD中,∠ADC=90°,∠ADC的平分线交AC于点E,EF⊥AD,交AD于点F,EG⊥DC,交DC于点G.求证:四边形EFDG是正方形.
证明:∵DE平分∠ADC,EF⊥AD,EG⊥CD,∴EF=EG,∴∠EFD=∠EGD=90°.
又∵∠ADC=90°,
∴四边形EFDG是矩形.
∵EF=EG,∴四边形EFDG是正方形.
【点悟】 本题考查正方形的判定和角平分线的性质.要注意证明一个四边形是正方形,必须先证明这个四边形是菱形或矩形.
类型之三 正方形的性质与判定的综合运用
[2008春·秀山县期末]E、F、M、N分别是正方形ABCD四条边上的点,AE=BF=CM=DN,四边形EFMN是什么图形?证明你的结论.
解:四边形EFMN是正方形.
证明:∵AE=BF=CM=DN,
∴AN=DM=CF=BE.
∵∠A=∠B=∠C=∠D=90°,
∴△AEN≌△DNM≌△CMF≌△BFE,
∴EF=EN=NM=MF,
∴四边形EFMN是菱形.
又∵∠ENA=∠DMN,∠DMN+∠DNM=90°,
∴∠ENA+∠DNM=90°,
∴∠ENM=90°,
∴四边形EFMN是正方形.
【点悟】 (1)在正方形中,常利用边角关系证明线段相等;(2)熟练掌握菱形与正方形之间的变化条件与方法.
[学生用书P114]
1.平行四边形、矩形、菱形、正方形都具有的性质是( A )
A.对角线互相平分
B.对角线互相垂直
C.对角线相等
D.对角线互相垂直平分且相等
2.[2017·十堰]下列命题错误的是( C )
A.对角线互相平分的四边形是平行四边形
B.对角线相等的平行四边形是矩形
C.一条对角线平分一组对角的四边形是菱形
D.对角线互相垂直的矩形是正方形
3.如果要证明平行四边形ABCD为正方形,那么我们需要在四边形ABCD是平行四边形的基础上,进一步证明( B )
A.AB=AD且AC⊥BD
B.AB=AD且AC=BD
C.∠A=∠B且AC=BD
D.AC和BD互相垂直平分
4.如图,在正方形ABCD中,AC为对角线,点E在AB边上,EF⊥AC于点F,连结EC,AF=3,△EFC的周长为12,则EC的长为__5__.
[学生用书P115]
1.在四边形ABCD中,点O是对角线AC、BD的交点,能判定这个四边形为正方形的是( D )
A.AD∥BC,∠B=∠D
B.AC=BD,AB=CD,AD=BC
C.OA=OC,OB=OD,AB=BC
D.OA=OB=OC=OD,AC⊥BD
2.如图,点E是正方形ABCD的对角线BD上的一点,DE≠EB,则图中的全等三角形的对数共有( C )
A.1对 B.2对 C.3对 D.4对
第2题图
第3题图
3.如图,四边形ABCD是正方形,延长BC至点E,使CE=CA,连结AE,交CD于点F,则∠AFC的度数是( D )
A.150° B.125°
C.135° D.112.5°
4.[2017·黄冈]如图,在正方形ABCD的外侧,作等边三角形ADE,则∠BED的度数为__45°__.
5.[2017·兰州]在平行四边形ABCD中,对角线AC与DB相交于点O.要使四边形ABCD是正方形,还需添加一组条件.下面给出了四组条件:①AB⊥AD,且AB=AD;②AB=BD,且AB⊥BD;③OB=OC,且OB⊥OC;④AB=AD,且AC=BD.其中正确的序号是__①③④__.
6.[2018·广安]如图,四边形ABCD是正方形,M为BC上的点,连结AM,延长AD至点E,使得AE=AM,过点E作EF⊥AM,垂足为F.求证:AB=EF.
证明:∵四边形ABCD为正方形,
∴∠B=90°,AD∥BC,
∴∠EAF=∠BMA.
∵EF⊥AM,
∴∠AFE=90°=∠B,
在△ABM和△EFA中,
∴△ABM≌△EFA(AAS),∴AB=EF.
7.[2018·洛宁县期末]如图,在正方形ABCD中,E为对角线AC上一点,连结EB、ED.
(1)写出图中所有的全等三角形;
(2)延长BE交AD于点F,若∠DEB=140°,求∠AFE的度数.
解:(1)根据正方形的对称性,正方形ABCD关于直线AC成轴对称,所以全等的三角形有:△ADC≌△ABC,△ADE≌△ABE,△DCE≌△BCE.
(2)∵四边形ABCD是正方形,
∴DC=CB,∠DCE=∠BCE=45°,且CE=CE,
∴△DCE≌△BCE,
∴∠DEC=∠BEC.
∵∠DEB=140°,
∴∠DEC=∠BEC=70°,
∴∠EBC=65°,
∵AD∥BC,
∴∠AFE=∠CBE=65°.
8.[2018·灵石县期末]如图,在△ABC中,∠ABC=90°,BD是∠ABC的平分线,过点A作AE∥BC交BD的延长线于点E,过点E作EF⊥BC交其延长线于点F.求证:四边形ABFE是正方形.
证明:∵AE∥BC,∠ABC=90°,
∴∠ABC+∠BAE=180°,
∴∠BAE=90°.
∵EF⊥BC于点F,
∴∠F=90°,
∵∠F=∠ABC=∠BAE=90°,
∴四边形ABFE是矩形,
∵BD平分∠ABC,
∴∠ABD=∠DBC=45°,
∴∠AEB=∠EBF=45°,
∴∠ABE=∠AEB=45°,
∴AB=AE,
∴四边形ABFE是正方形.
9.如图,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,CD为∠ACB的平分线,DE⊥BC于点E,DF⊥AC于点F.求证:四边形CEDF是正方形.
证明:∵CD平分∠ACB,DE⊥BC,DF⊥AC,
∴DE=DF,∠DFC=90°,∠DEC=90°.
又∵∠ACB=90°,
∴四边形CEDF是矩形.
∵DE=DF,
∴矩形CEDF是正方形.
10.[2018·肥城市期末]如图,正方形ABCD的对角线AC、BD相交于点O,AB=3,E为OC上一点,OE=1,连结BE,过点A作AF⊥BE于点F,与BD交于点G.
(1)BE与AG相等吗?若相等,请证明;若不相等,请说明理由;
(2)求AF的长.
解:(1)BE=AG.
证明:∵AF⊥BE,
∴∠AFE=∠OAG+AEF=90°.
∵四边形ABCD是正方形,
∴AC⊥BD,AO=BO,
∴∠AOG=∠OAG+∠AGO=90°,
∴∠AEF=∠AGO.
在△AOG和△BOE中,
∴△AOG≌△BOE(AAS),
∴AG=BE.
(2)∵△AOB是等腰直角三角形,且AB=3,
∴BO=3.
∵OE=1,
∴AE=3+1=4.
由勾股定理得BE==,
S△ABE=BE·AF=AE·OB,
∴××AF=×4×3,
∴AF=.
11.[2018·吉林改编]如图1,在正方形ABCD中,E、F分别是边AD、DC上的点,且AF⊥BE,垂足为G.
(1)求证:AF=BE;
(2)如图2,在正方形ABCD中,M、N、P、Q分别是边AB、BC、CD、DA上的点,且MP⊥NQ.MP与NQ是否相等?请说明理由.
,图1) ,图2)
解:(1)证明:∵四边形ABCD是正方形,
∴BA=AD,∠BAD=∠D=90°,
∴∠FAD+∠AFD=90°.
∵AF⊥BE,∴∠AGE=90°,
∴∠FAD+∠AEG=90°,
∴∠AFD=∠AEG,
∴△DAF≌△ABE(AAS),
∴AF=BE.
(2)MP=NQ.理由:如答图,过点A作AF∥MP交CD于点F,过点B作BE∥NQ交AD于点E,得到BEQN和AFPM,
,答图)
∴AF=MP,BE=NQ.
∵AF∥MP,BE∥NQ,MP⊥NQ,
∴AF⊥BE,∴由(1)得AF=BE,∴MP=NQ.
12.[2018·惠城区期末]如图,在△ABC中,AB=AC,AD是△ABC的角平分线,点O为AB的中点,过点A作直线AE交DO的延长线于点E,使∠EAB=∠C,连结BE.
(1)求证:BC∥AE;
(2)求证:四边形AEBD是矩形;
(3)当△ABC满足什么条件时,四边形AEBD是正方形,并说明理由.
解:(1)证明:∵AB=AC,
∴∠CBA=∠C.
又∵∠EAB=∠C,
∴∠EAB=∠CBA,
∴BC∥AE.
(2)证明:∵点O为AB的中点,
∴BO=AO.
在△BOD和△AOE中,
∴△BOD≌△AOE(ASA),∴BD=EA.
∵BC∥AE,即BD∥AE,
∴四边形AEBD是平行四边形.
又∵在△ABC中,AB=AC,AD是△ABC的角平分线,
∴AD⊥BC,∴∠BDA=90°,
∴四边形AEBD是矩形.
(3)当△ABC满足∠BAC=90°时,四边形AEBD是正方形.理由如下:
∵AD是△ABC的角平分线,AB=AC,
∴AD⊥BC,
∴∠DBA=∠BAD=45°,∴BD=DA.
∵四边形AEBD是矩形,
∴四边形AEBD是正方形.
13.[2018·成都期末]如图,正方形ABCD中,AB=4,点E是对角线AC上的一点,连结DE.过点E作EF⊥ED,交AB于点F,以DE、EF为邻边作矩形DEFG,连结AG.
(1)求证:矩形DEFG是正方形;
(2)求AG+AE的值.
,) ,答图)
解:(1)证明:如答图,作EM⊥AD于点M,EN⊥AB于点N.
∵四边形ABCD是正方形,
∴∠EAD=∠EAB.
∵EM⊥AD于点M,EN⊥AB于点N,
∴EM=EN.
∵∠EMA=∠ENA=∠DAB=90°,
∴四边形ANEM是正方形,
∴∠MEN=∠DEF=90°,
∴∠DEM=∠FEN.
∵∠EMD=∠ENF=90°,
∴△EMD≌△ENF,
∴ED=EF,
∵四边形DEFG是矩形,
∴四边形DEFG是正方形.
(2)∵四边形DEFG是正方形,四边形ABCD是正方形,
∴DG=DE,DC=DA=AB=4,∠GDE=∠ADC=90°,
∴∠ADG=∠CDE,
∴△ADG≌△CDE,
∴AG=CE,
∴AE+AG=AE+EC=AC=AD=4.
14.[2017·宿迁]如图,正方形ABCD的边长为3,点E在边AB上,且BE=1,若点P在对角线BD上移动,则PA+PE的最小值是____.
答图
【解析】 作出点E关于BD的对称点E′交BC于E′,连结AE′与BD交于点P,此时AP+PE最小,
∵PE=PE′,
∴AP+PE=AP+PE′=AE′,
在Rt△ABE′中,AB=3,BE′=BE=1,
根据勾股定理得AE′=,
则PA+PE的最小值为.