专题七 类比探究题类型一 线段数量关系问题(2018·河南)(1)问题发现如图①,在△OAB 和△OCD 中,OA =OB ,OC =OD ,∠AOB=∠COD=40°,连接AC ,BD 交于点M.填空: ①ACBD的值为________; ②∠AMB 的度数为________; (2)类比探究如图②,在△OAB 和△OCD 中,∠AOB=∠COD=90°,∠OAB=∠OCD=30°,连接AC 交BD 的延长线于点M.请判断ACBD 的值及∠AMB 的度数,并说明理由;(3)拓展延伸在(2)的条件下,将△OCD 绕点O 在平面内旋转,AC ,BD 所在直线交于点M ,若OD =1,OB =7,请直接写出当点C 与点M 重合时AC 的长.【分析】 (1)①证明△COA≌△DOB(SAS),得AC =BD ,比值为1;②由△COA≌△DOB,得∠CAO=∠DBO,根据三角形的内角和定理,得∠AMB=180°-(∠DBO+∠OAB+∠ABD)=180°-140°=40°;(2)根据两边的比相等且夹角相等可得△AOC∽△BOD,则AC BD =OCOD =3,由全等三角形的性质得∠AMB 的度数;(3)正确画出图形,当点C 与点M 重合时,有两种情况:如解图①和②,同理可得△AOC∽△BOD,则∠AMB =90°,ACBD =3,可得AC 的长.【自主解答】解:(1)问题发现①1【解法提示】∵∠AOB=∠COD=40°, ∴∠COA=∠DOB. ∵OC=OD ,OA =OB , ∴△COA≌△DOB(SAS), ∴AC=BD , ∴ACBD=1. ②40°【解法提示】∵△COA≌△DOB, ∴∠CAO=∠DBO. ∵∠AOB=40°, ∴∠OAB+∠ABO=140°,在△AMB 中,∠AMB=180°-(∠CAO+∠OAB+∠ABD)=180°-(∠DBO+∠OAB+∠ABD)=180°-140°=40°. (2)类比探究ACBD=3,∠AMB=90°,理由如下: 在Rt△OCD 中,∠DCO=30°,∠DOC=90°, ∴OD OC =tan 30°=33, 同理,得OB OA =tan 30°=33,∵∠AOB=∠COD=90°, ∴∠AOC=BOD , ∴△AOC∽△BOD, ∴AC BD =OCOD=3,∠CAO=∠DBO. ∴∠AMB=180°-∠CAO-∠OAB-MBA =180°-(∠DAB+∠MBA+∠OBD)=180°-90°=90°. (3)拓展延伸①点C 与点M 重合时,如解图①, 同理得△AOC∽△BOD, ∴∠AMB=90°,ACBD =3,设BD =x ,则AC =3x , 在Rt△COD 中,∵∠OCD=30°,OD =1, ∴CD=2, ∴BC=x -2.在Rt△AOB 中,∠OAB=30°,OB =7. ∴AB=2OB =27,在Rt△AMB 中,由勾股定理,得AC 2+BC 2=AB 2, 即( 3 x)2+(x -2)2=(27)2, 解得x 1=3,x 2=-2(舍去), ∴AC=33;②点C 与点M 重合时,如解图②,同理得:∠AMB=90°,ACBD =3,设BD =x ,则AC =3x ,在Rt△AMB 中,由勾股定理,得AC 2+BC 2=AB 2, 即(3x)2+(x +2)2=(27)2解得x 1=-3,解得x 2=2(舍去). ∴AC=2 3.综上所述,AC 的长为33或2 3.图①图② 例1题解图1.(2016·河南) (1)发现如图①,点A 为线段BC 外一动点,且BC =a ,AB =b.填空:当点A 位于________________时,线段AC 的长取得最大值,且最大值为__________(用含a ,b 的式子表示). (2)应用点A 为线段BC 外一动点,且BC =3,AB =1,如图②所示,分别以AB ,AC 为边,作等边三角形ABD 和等边三角形ACE ,连接CD ,BE.①请找出图中与BE 相等的线段,并说明理由; ②直接写出线段BE 长的最大值. (3)拓展如图③,在平面直角坐标系中,点A 的坐标为(2,0),点B 的坐标为(5,0),点P 为线段AB 外一动点,且PA =2,PM =PB ,∠BPM=90°,请直接写出线段AM 长的最大值及此时点P 的坐标.2.(2015·河南)如图①,在Rt△ABC 中,∠B=90°,BC =2AB =8,点D ,E 分别是边BC ,AC 的中点,连接DE.将△EDC 绕点C 按顺时针方向旋转,记旋转角为α. (1)问题发现①当α=0°时,AE BD =2;②当α=180°时,AE BD =2;(2)拓展探究试判断:当0°≤α<360°时,AEBD 的大小有无变化?请仅就图②的情形给出证明.(3)解决问题当△EDC 旋转至A ,D ,E 三点共线时,直接写出线段BD 的长.3.(2014·河南) (1)问题发现如图①,△ACB 和△DCE 均为等边三角形,点A ,D ,E 在同一直线上,连接BE. 填空:①∠AEB 的度数为__________;②线段AD ,BE 之间的数量关系为______________. (2)拓展探究如图②,△ACB 和△DCE 均为等腰直角三角形,∠ACB=∠DCE=90°,点A ,D ,E 在同一直线上,CM 为△DCE 中DE 边上的高,连接BE ,请判断∠AEB 的度数及线段CM ,AE ,BE 之间的数量关系,并说明理由. (3)解决问题如图③,在正方形ABCD 中,CD =2,若点P 满足PD =1,且∠BPD=90°,请直接写出点A 到BP 的距离.4.(2018·南阳二模)在△ABC中,∠ACB是锐角,点D在射线BC上运动,连接AD,将线段AD绕点A逆时针旋转90°,得到AE,连接EC.(1)操作发现若AB=AC,∠BAC=90°,当D在线段BC上时(不与点B重合),如图①所示,请你直接写出线段CE和BD 的位置关系和数量关系是______________,______________;(2)猜想论证在(1)的条件下,当D在线段BC的延长线上时,如图②所示,请你判断(1)中结论是否成立,并证明你的判断.(3)拓展延伸如图③,若AB≠AC,∠BAC≠90°,点D在线段BC上运动,试探究:当锐角∠ACB等于________度时,线段CE和BD之间的位置关系仍成立(点C,E重合除外)?此时若作DF⊥AD交线段CE于点F,且当AC=32时,请直接写出线段CF的长的最大值是____.5.已知,如图①,△ABC,△AED是两个全等的等腰直角三角形(其顶点B,E重合),∠BAC=∠AED=90°,O为BC的中点,F为AD的中点,连接OF.(1)问题发现①如图①,OFEC=_______;②将△AED 绕点A 逆时针旋转45°,如图②,OFEC =_______;(2)类比延伸将图①中△AED 绕点A 逆时针旋转到如图③所示的位置,请计算出OFEC 的值,并说明理由.(3)拓展探究将图①中△AED 绕点A 逆时针旋转,旋转角为α,0°≤α≤90°,AD =2,△AED 在旋转过程中,存在△ACD 为直角三角形,请直接写出线段CD 的长.类型二 图形面积关系问题(2017·河南)如图①,在Rt△ABC 中,∠A=90°,AB =AC ,点D ,E 分别在边AB ,AC 上,AD =AE ,连接DC ,点M ,P ,N 分别为DE ,DC ,BC 的中点. (1)观察猜想图①中,线段PM 与PN 的数量关系是________,位置关系是________; (2)探究证明把△AD E 绕点A 逆时针方向旋转到图②的位置,连接MN ,BD ,CE ,判断△PMN 的形状,并说明理由; (3)拓展延伸把△ADE 绕A 在平面内自由旋转,若AD =4,AB =10,请直接写出△PMN 面积的最大值.图①图② 例2题图【分析】 (1)利用三角形的中位线定理得出PM =12CE ,PN =12BD ,进而判断出BD =CE ,即可得出结论,再利用三角形的中位线定理得出PM∥CE,继而得出∠DPM=∠DCA,最后用互余即可得出结论;(2)先判断出△ABD≌△ACE,得出BD =CE ,同(1)的方法得出PM =12BD ,PN =12BD ,即可得出PM =PN ,同(1)的方法即可得出结论;(3)先判断出MN 最大时,△PMN 的面积最大,进而求出AN ,AM ,即可得出MN 最大=AM +AN ,最后用面积公式即可得出结论. 【自主解答】解:(1)∵点P ,N 是BC ,CD 的中点, ∴PN∥BD,PN =12BD.∵点P ,M 是CD ,DE 的中点, ∴PM∥CE,PM =12CE.∵AB=AC ,AD =AE , ∴BD =CE , ∴PM=PN. ∵PN∥BD, ∴∠DPN=∠ADC, ∵PM∥CE, ∴∠DPM=∠DCA. ∵∠BAC=90°, ∴∠ADC+∠ACD=90°,∴∠MPN=∠DPM+∠DPN=∠DCA+∠ADC=90°,(2)由旋转知,∠BAD=∠CAE, ∵AB=AC ,AD =AE , ∴△ABD≌△ACE(SAS), ∴∠ABD=∠ACE,BD =CE.同(1)的方法,利用三角形的中位线定理,得PN =12BD ,PM =12CE ,∴PM=PN ,∴△PMN 是等腰三角形, 同(1)的方法得,PM∥CE, ∴∠DPM=∠DCE, 同(1)的方法得,PN∥BD, ∴∠PNC=∠DBC.∵∠DPN=∠DCB+∠PNC=∠DCB+∠DBC,∴∠MPN=∠DPM+∠DPN=∠DCE+∠DCB+∠DBC=∠BCE+∠DBC=∠ACB+∠ACE+∠DBC=∠ACB+∠ABD +∠DBC=∠ACB+∠ABC. ∵∠BAC=90°, ∴∠ACB+∠ABC=90°, ∴∠MPN=90°,∴△PMN 是等腰直角三角形,例2题解图(3)如解图,同(2)的方法得,△PMN 是等腰直角三角形, ∴当MN 最大时,△PMN 的面积最大, ∴DE∥BC 且DE 在顶点A 上面, ∴MN 最大=AM +AN , 连接AM ,AN ,在△ADE 中,AD =AE =4,∠DAE=90°,在Rt△ABC 中,AB =AC =10,AN =52, ∴MN 最大=22+52=72,∴S △PMN 最大=12PM 2=12×12MN 2=14×(72)2=492.1.(2013·河南)如图①,将两个完全相同的三角形纸片ABC 和DEC 重合放置,其中∠C=90°,∠B=∠E =30°. (1)操作发现如图②,固定△ABC,使△DEC 绕点C 旋转,当点D 恰好落在AB 边上时,填空: ①线段DE 与AC 的位置关系是______________;②设△BDC 的面积为S 1,△AEC 的面积为S 2,则S 1与S 2的数量关系是______________. (2)猜想论证当△DEC 绕点C 旋转到如图③所示的位置时,小明猜想(1)中S 1与S 2的数量关系仍然成立,并尝试分别作出了△BDC 和△AEC 中BC ,CE 边上的高,请你证明小明的猜想. (3)拓展探究已知∠ABC=60°,点D 是角平分线上一点,BD =CD =4,DE∥AB 交BC 于点E(如图④).若在射线BA 上存在点F ,使S △DCF =S △BDE ,请直接写出相应的BF 的长.2.已知Rt△ABC 中,BC =AC ,∠C=90°,D 为AB 边的中点,∠EDF=90°,将∠EDF 绕点D 旋转,它的两边分别交AC ,CB(或它们的延长线)于E ,F.当∠EDF 绕点D 旋转到DE⊥AC 于E 时,如图①所示,试证明S △DEF +S △CEF =12S △ABC .(1)当∠EDF 绕点D 旋转到DE 和AC 不垂直时,如图②所示,上述结论是否成立?若成立,请说明理由;若不成立,试说明理由.(2)直接写出图③中,S△DEF,S△CEF与S△ABC之间的数量关系.3.(2018·郑州模拟)如图①所示,将两个正方形ABCD和正方形CGFE如图所示放置,连接DE,BG. (1)图中∠DCE+∠BCG=__________°;设△DCE的面积为S1,△BCG的面积为S2,则S1与S2的数量关系为______________;猜想论证:(2)如图②所示,将矩形ABCD绕点C按顺时针方向旋转后得到矩形FECG,连接DE,BG,设△DCE的面积为S1,△BCG的面积为S2,猜想S1和S2的数量关系,并加以证明;(3)如图③所示,在△ABC中,AB=AC=10 cm,∠B=30°,把△ABC沿AC翻折得到△AEC,过点A作AD 平行CE交BC于点D,在线段CE上存在点P,使△ABP的面积等于△ACD的面积,请写出CP的长.4.(2018·驻马店一模)如图①,△ABC与△CDE都是等腰直角三角形,直角边AC,CD在同一条直线上,点M,N分别是斜边AB,DE的中点,点P为AD的中点,连接AE,BD,PM,PN,MN.(1)观察猜想图①中,PM与PN的数量关系是______________,位置关系是______________;(2)探究证明将图①中的△CDE绕着点C顺时针旋转α(0°<α<90°),得到图②,AE与MP,BD分别交于点G,H,判断△PMN的形状,并说明理由;(3)拓展延伸把△CDE绕点C任意旋转,若AC=4,CD=2,请直接写出△PMN面积的最大值.参考答案类型一 针对训练1.解:(1)∵点A 为线段BC 外一动点,且BC =a ,AB =b ,∴当点A 位于CB 的延长线上时,线段AC 的长取得最大值,且最大值为BC +AB =a +b. (2)①CD=BE ,理由:∵△ABD 与△ACE 是等边三角形, ∴AD=AB ,AC =AE ,∠BAD=∠CAE=60°, ∴∠BAD+∠BAC=∠CAE+∠BAC,即∠CAD=∠EAB. 在△CAD 和△EAB 中,⎩⎪⎨⎪⎧AD =AB ∠CAD=∠EAB AC =AE ,∴△CAD≌△EAB,∴CD=BE.②∵线段BE 长的最大值等于线段CD 的最大值,由(1)知,当线段CD 的长取得最大值时,点D 在CB 的延长线上, ∴线段BE 长的最大值为BD +BC =AB +BC =4;(3)∵将△APM 绕着点P 顺时针旋转90°得到△PBN,连接AN ,如解图①, 则△APN 是等腰直角三角形, ∴PN=PA =2,BN =AM.∵点A 的坐标为(2,0),点B 的坐标为(5,0), ∴OA=2,OB =5,∴AB=3,∴线段AM长的最大值等于线段BN长的最大值,∴当点N在线段BA的延长线时,线段BN取得最大值,最大值为AB+AN.∵AN=2AP=22,∴线段AM的长最大值为22+3.如解图②,过点P作PE⊥x轴于点E.∵△APN是等腰直角三角形,∴PE=AE=2,∴OE=BO-AB-AE=5-3-2=2-2,∴P(2-2,2).图①图②第1题解图2.解:(1)①当α=0°时,∵在Rt△ABC中,∠B=90°,∴AC=AB2+BC2=(8÷2)2+82=4 5.∵点D、E分别是边BC、AC的中点,∴AE=45÷2=25,BD=8÷2=4,∴AEBD=254=52.②如解图①,当α=180°时,得可得AB∥DE,∵ACAE=BCBD,∴AEBD=ACBC=458=52.(2)当0°≤α≤360°时,AEBD的大小没有变化.∵∠ECD=∠ACB, ∴∠ECA=∠DCB. 又∵EC DC =AC BC =52,∴△ECA∽△DCB, ∴AE BD =EC DC =52.图①图②图③ 第2题解图(3)①如解图②,∵AC=45,CD =4,CD⊥AD,∴AD=AC 2-CD 2=(45)2-42=80-16=8. ∵AD=BC ,AB =DC ,∠B=90°, ∴四边形ABCD 是矩形, ∴BD=AC =4 5.③如解图③,连接BD ,过点D 作AC 的垂线交AC 于点Q ,过点B 作AC 的垂线交AC 于点P , ∵AC=45,CD =4,CD⊥AD,∴A D =AC 2-CD 2=(45)2-42=80-16=8, ∵点D 、E 分别是边BC 、AC 的中点, ∴DE=12AB =12×(8÷2)=12×4=2,∴AE=AD -DE =8-2=6, 由(2),可得AE BD =52,∴BD=652=1255.综上所述,BD 的长为45或1255. 3.解:(1)∵△ACB 和△DCE 均为等边三角形, ∴CA=CB ,CD =CE ,∠ACB=∠DCE=60°, ∴∠ACD=∠BCE. 在△ACD 和△BCE 中, ⎩⎪⎨⎪⎧AC =BC ∠ACD=∠BCE CD =CE, ∴△ACD≌△BCE(SAS),∴∠ADC=∠BEC. ∵△DCE 为等边三角形,∴∠CDE=∠CED=60°. ∵点A ,D ,E 在同一直线上,∴∠ADC=120°, ∴∠BEC=120°,∴∠AEB=∠BEC-∠CED=60°. ②∵△ACD≌△BCE,∴AD=BE. (2)∠AEB=90°,AE =BE +2CM. 理由如下:∵△ACB 和△DCE 均为等腰直角三角形, ∴CA=CB ,CD =CE ,∠ACB=∠DCE=90°. ∴∠ACD=∠BCE. 在△ACD 和△BCE 中, ⎩⎪⎨⎪⎧CA =CB ∠ACD=∠BCE CD =CE, ∴△ACD≌△BCE(SAS), ∴AD=BE ,∠ADC=∠BEC.∵△DCE 为等腰直角三角形,∴∠CD E =∠CED=45°. ∵点A ,D ,E 在同一直线上, ∴∠ADC=135°,∴∠BEC=135°, ∴∠AEB=∠BEC-∠CED=90°. ∵CD=CE ,CM⊥DE,∴DM=ME. ∵∠DCE=90°,∴DM=ME =CM , ∴AE=AD +DE =BE +2CM.(3)∵PD=1,∴点P 在以点D 为圆心,1为半径的圆上.∵∠BPD=90°,∴点P在以BD为直径的圆上,∴点P是这两圆的交点.①当点P在如解图①所示位置时,连接PD,PB,PA,作AH⊥BP,垂足为H,过点A作AE⊥AP,交BP于点E.∵四边形ABCD是正方形,∴∠ADB=45°,AB=AD=DC=BC=2,∠BAD=90°,∴BD=2.∵DP=1,∴BP= 3.∵∠BPD=∠BAD=90°,∴点A、P、D、B在以BD为直径的圆上,∴∠APB=∠ADB=45°.∴△PAE是等腰直角三角形.又∵△BAD是等腰直角三角形,点B,E,P共线,AH⊥BP,∴由(2)中的结论可得:BP=2AH+PD,∴3=2AH+1,∴AH=3-1 2;②当点P在如解图②所示位置时,连接PD、PB、PA、作AH⊥BP,垂足为H,过点A作AE⊥AP,交PB的延长线于点E,同理可得:BP=2AH-PD,∴3=2AH-1,∴AH=3+1 2.综上所述,点A到BP的距离为3-12或3+12.图①图② 第3题解图4.解:(1)①∵AB=AC ,∠BAC=90°, 线段AD 绕点A 逆时针旋转90°得到AE , ∴AD=AE ,∠BAD=∠CAE, ∴△BAD≌△CAE, ∴CE=BD ,∠ACE =∠B, ∴∠BCE=∠BCA+∠ACE=90°,∴线段CE ,BD 之间的位置关系和数量关系为CE =BD ,CE⊥BD; (2)(1)中的结论仍然成立.证明如下: 如解图①,∵线段AD 绕点A 逆时针旋转90°得到AE , ∴AE=AD ,∠DAE=90°. ∵AB=AC ,∠BAC=90°, ∴∠CAE=∠BAD, ∴△ACE≌△ABD, ∴CE=BD ,∠ACE=∠B, ∴∠BCE=90°,∴线段CE ,BD 之间的位置关系和数量关系为CE =BD ,CE⊥BD; (3)45°;34.过A 作AM⊥BC 于M ,过点E 作EN⊥MA 交MA 的延长线于N ,如解图②. ∵线段AD 绕点A 逆时针旋转90°得到AE , ∴∠DAE=90°,AD =AE ,∴∠NAE=∠ADM,易证得Rt△AMD≌Rt△ENA, ∴NE=AM.∵CE⊥BD,即CE⊥MC,∴∠MCE=90°, ∴四边形MCEN 为矩形, ∴NE=MC ,∴AM=MC , ∴∠ACB=45°. ∵四边形MCEN 为矩形, ∴Rt△AMD∽Rt△DCF, ∴MD CF =AMDC,设DC =x , ∵在Rt△AMC 中,∠ACB=45°,AC =32,∴AM=CM =3,MD =3-x ,∴3-x CF =3x ,∴CF=-13x 2+x =-13(x -32)2+34,∴当x =32时,CF 有最大值,最大值为34.故答案为45°,34;图①图② 第4题解图5.解:(1)①∵△A BC ,△AED 是两个全等的等腰直角三角形, ∴AD=BC.∵O 为BC 的中点,F 为AD 的中点, ∴AF=OC.∵∠BAC=∠AED=90°,AB =AC ,AE =DE , ∴∠DAE=∠CBA=45°, ∴AD∥BC,∴四边形AFOC 是平行四边形, ∴OF=AC =22EC ,∴OF EC =22; 故答案:22; ②∵AO=22AC ,∠BAO=∠CAO=45°,∠DAE=45°, ∴∠DAE=∠CAO. ∵AE=AC , ∴AF=AO , ∴AF AE =AO AC,∴△AFO∽△AEC, ∴OF EC =AO AC =22; 故答案:22. (2)OF =22EC. 理由:在等腰直角△ADE 中,F 为AD 的中点, ∴AF=12AD =22AE.在等腰直角△ABC 中,O 为BC 的中点, 如解图①,连接AO , ∴AO=22AC ,∠BAO=∠CAO=45°. ∴∠DAE=45°,∴∠DAE=∠CAO,即∠DAO=∠CAE. ∵AE=AC , ∴AF=AO , ∴AF AE =AO AC, ∴△AFO∽△AEC, ∴OF EC =AO AC =22; (3)∵△ABC 和△AED 是两个全等的等腰直角三角形, ∴AD=BC =2, ∴ED=AE =AB =AC =1,当△ACD 为直角三角形时,分两种情况:图①图②图③ 第5题解图①当AD 与AB 重合时,如解图②,连接CD. 当△ACD 为直角三角形时,AD⊥AC, 即将△ADE 绕点A 逆时针旋转45°. ∵AD=2,AC =1,∴由勾股定理可得CD =(2)2+12=3; ②当AE 与AC 重合时,如解图③, 当△ACD 为直角三角形时,AC⊥CD,即将△ADE 绕点A 逆时针旋转90°,此时CD =AC =1. 综上所述,CD 的长为3或1. 类型二 针对训练1.解:(1)①△DEC 绕点C 旋转到点D 恰好落在AB 边上, ∴AC=CD.∵∠BAC=90°-∠B=90°-30°=60°. ∴△ACD 是等边三角形, ∴∠ACD=60°,又∵∠CDE=∠BAC=60°, ∴∠ACD=∠CDE, ∴DE∥AC;②∵∠B=30°,∠C=90°, ∴CD=AC =12AB ,∴BD=AD =AC ,根据等边三角形的性质,△ACD 的边AC ,AD 上的高相等,∴△BDC 的面积和△AEC 的面积相等(等底等高的三角形的面积相等),即S 1=S 2; (2)∵△DEC 是由△ABC 绕点C 旋转得到, ∴BC=CE ,AC =CD ,∠DCE=∠ACB=90°, ∵∠ACN+∠ACE=180°, ∴∠ACN=∠DCM.在△ACN 和△DCM 中,⎩⎪⎨⎪⎧∠ACN=∠DCM,∠N=∠CMD=90°,AC =CD∴△ACN≌△DCM(AAS), ∴AN=DM ,∴△BDC 的面积和△AEC 的面积相等(等底等高的三角形的面积相等),即S 1=S 2;第1题解图(3)如解图,过点D 作DF 1∥BE 交BA 于点F 1,易求得四边形BEDF 1是菱形,∴BE=DF 1,且BE ,DF 1边上的高相等,此时S△DCF 1=S △BDE ; 过点D 作DF 2⊥BD.∵∠ABC=60°,F 1D∥BE 交BA 于点F 2, ∴∠F 2F 1D =∠ABC=60°.∵BF 1=DF 1,∠F 1BD =12∠ABC=30°,∠F 2DB =90°,∴∠F 1DF 2=∠ABC=60° ∴△DF 1F 2是等边三角形, ∴DF 1=DF 2.∵BD=CD ,∠ABC=60°,点D 是角平分线上一点, ∴DBC=∠DCB=12×60°=30°,∴∠CDF 1=180°-∠BCD=180°-30°=150°, ∠CDF 2=360°-150°-60°=150°, ∴∠CDF 1=∠CDF 2. 在△CDF 1和△CDF 2中, ⎩⎪⎨⎪⎧DF 1=DF 2∠CDF 1=∠CDF 2CD =CD, ∴△CDF 1≌△CDF 2(SAS),∴点F 2也是所求的点. ∵∠ABC=60°,点D 是角平分线上一点,DE∥AB, ∴∠DBC=∠BDE=∠ABD=12×60°=30°.又∵BD=4,∴BE=12×4÷cos 30°=2÷32=433,∴BF 1=433,BF 2=BF 1+F 1F 2=433+433=833.故BF 的长为433或833.2.解:当∠EDF 绕D 点旋转到DE⊥AC 时,四边形CEDF 是正方形;设△ABC 的边长AC =BC =a ,则正方形CEDF 的边长为12a ,∴S △ABC =12a 2,S 正方形CEDF =(12a)2=14a 2,即S △DEF +S △CEF =12S △ABC ;(1)上述结论成立;理由如下: 连接CD ,如解图①所示.∵AC=BC ,∠ACB=90°,D 为AB 中点,∴∠B=45°,∠DCE=12∠ACB=45°,CD⊥AB,CD =12AB =BD ,∴∠DCE=∠B,∠CDB=90° ∵∠EDF=90°, ∴∠1=∠2, 在△CDE 和△BDF 中, ⎩⎪⎨⎪⎧∠1=∠2CD =BD∠DCE=∠B, ∴△CDE≌△BDF(ASA),∴S △DEF +S △CEF =S △ADE +S △BDF =12S △ABC ;图①图② 第2题解图(2)S △DEF -S △CEF =12S △ABC ;理由如下:连接CD ,如解图②所示,同(1)得:△DEC≌△DFB,∠DCE=∠DBF =135°, ∴S △DEF =S 五边形DBFEC , S △CFE +S △DBC , =S △CFE +12S △ABC ,∴S △DEF -S △CFE =12S △ABC .∴S △DEF 、S △CEF 、S △ABC 的关系是S △DEF -S △CEF =12S △ABC .3.解:(1)如解图①中,∵四边形ABCD 、EFGC 都是正方形, ∴∠BCD=∠ECG=90°.∵∠BCG+∠BCD+∠DCE+∠ECG=360°, ∴∠BCG+∠ECD=180°.图①图②图③ 第3题解图如解图①,过点E 作EM⊥DC 于点M ,过点G 作GN⊥BN 交BN 的延长线于点N , ∴∠EMC=∠N=90°.∵四边形ABCD 和四边形ECGF 均为正方形, ∴∠BCD=∠DCN=∠ECG=90°,CB =CD ,CE =CG ,∴∠1=90°-∠2,∠3=90°-∠2, ∴∠1=∠3. 在△CME 和△CNG 中, ⎩⎪⎨⎪⎧∠EMC=∠GNC ∠1=∠3EC =CG, ∴△CME≌△CNG(ASA), ∴EM=GN.又∵S 1=12CD·EM,S 2=12CB·GN,∴S 1=S 2;故答案为180°,S 1=S 2; (2)猜想:S 1=S 2,证明:如解图②,过点E 作EM⊥DC 于点M ,过点B 作BN⊥GC 交GC 的延长线于点N , ∴∠EMC=∠N=90°.∵矩形CGFE 由矩形ABCD 旋转得到的, ∴CE=CB ,CG =CD ,∵∠ECG=∠ECN=∠BCD=90°,∴∠1=90°-∠2,∠3=90°-∠2,∴∠1=∠3. 在△CME 和△CNB 中, ⎩⎪⎨⎪⎧∠EMC=∠BNC ∠1=∠3EC =CB, ∴△CME≌△CNB(AAS). ∴EM=BN.又∵S 1=12CD·EM,S 2=12CG ·BN ,∴S 1=S 2;(3)如解图③,作DM⊥AC 于M ,延长BA ,交EC 于N , ∵AB=AC =10 cm ,∠B=30°, ∴∠ACB=∠ABC=30°, ∴∠BAC=120°,根据翻折的性质,得∠ACE=∠ACB=30°, ∵AD∥CE,∴∠DAC=∠ACE=30°, ∴∠BAD=90°,DM =12AD ,∴BN⊥EC.∵AD=tan∠ABD·AB,AB =10 cm , ∴AD=tan 30°×10=103 3 (cm),∴DM=12×1033=533(cm).∵S △ABP =12AB·PN,S △ADC =12AC·DM,S △ABP =S △ADC ,AB =AC ,∴PN=DM =533.在Rt△ANC 中,∠ACN=30°,AC =10 (cm), ∴NC=cos∠ACN·AC=cos 30°×10=53(cm). ∵在EC 上到N 的距离等于533的点有两个,∴P′C=103 3 cm ,P ″C =203 3 cm.∴CP 的长为103 3 cm 或203 3 cm.4.解:(1)PM =PN ,PM⊥PN,理由如下: 如解图①,延长AE 交BD 于O , ∵△ACB 和△ECD 是等腰直角三角形, ∴AC=BC ,EC =CD ,∠ACB=∠ECD=90°. 在△ACE 和△BCD 中, ⎩⎪⎨⎪⎧AC =BC ,∠ACE=∠BCD=90°,CE =CD ,∴△ACE≌△BCD(SAS), ∴AE=BD ,∠EAC=∠CBD,∵∠EAC+∠AEC=90°,∠AEC=∠BEO, ∴∠CBD+∠BEO=90°, ∴∠BOE =90°,即AE⊥BD,∵点M 、N 分别是斜边AB 、DE 的中点,点P 为AD 的中点, ∴PM=12BD ,PN =12AE ,∴PM=PN.∵PM∥BD,PN∥AE,AE⊥BD,∴∠NPD=∠EAC,∠MPA=∠BDC,∠EAC+∠BDC=90°, ∴∠MPA+∠NPC=90°,∴∠MPN=90°, 即PM⊥PN.图①图② 第4题解图(2)△PMN 为等腰直角三角形,理由如下: 如解图②,设AE 交BC 于点O. ∵△ACB 和△ECD 是等腰直角三角形, ∴AC=BC ,EC =CD ,∠AC B =∠ECD=90°, ∴∠ACB+∠BCE=∠ECD+∠BCE, ∴∠ACE=∠BCD, ∴△ACE≌△BCD, ∴AE=BD ,∠CAE =∠CBD. 又∵∠AOC=∠BOE,∠CAE=∠CBD, ∴∠BHO=∠ACO=90°.∵点P ,M ,N 分别为AD ,AB ,DE 的中点, ∴PM=12BD ,PM∥BD,PN =12AE ,PN∥AE,∴PM=PN ,∴∠MGE+∠BHA=180°, ∴∠MGE=90°, ∴∠MPN=90°,∴PM⊥PN,即△PMN 为等腰直角三角形.(3)由(2)可知△PMN 是等腰直角三角形,PM =12BD ,∴当BD 的值最大时,PM 的值最大,△PMN 的面积最大, ∴当B ,C ,D 共线时,BD 的最大值为BC +CD =6, ∴PM=PN =3,∴△PMN 面积的最大值为12×3×3=92.。