Question

如圖1，邊長(zhǎng)為4的正方形ABCD中，點(diǎn)E在AB邊上（不與點(diǎn)A，B重合），點(diǎn)F在BC邊上（不與點(diǎn)B、C重合）．

第一次操作：將線段EF繞點(diǎn)F順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)點(diǎn)E落在正方形上時(shí)，記為點(diǎn)G；

第二次操作：將線段FG繞點(diǎn)G順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)點(diǎn)F落在正方形上時(shí)，記為點(diǎn)H；

依此操作下去…

（1）圖2中的△EFD是經(jīng)過兩次操作后得到的，其形狀為　　　　　　，求此時(shí)線段EF的長(zhǎng)；

（2）若經(jīng)過三次操作可得到四邊形EFGH．

①請(qǐng)判斷四邊形EFGH的形狀為　　　　　　，此時(shí)AE與BF的數(shù)量關(guān)系是　　　　　　；

②以①中的結(jié)論為前提，設(shè)AE的長(zhǎng)為x，四邊形EFGH的面積為y，求y與x的函數(shù)關(guān)系式及面積y的取值范圍．

　

Answer 1

【考點(diǎn)】幾何變換綜合題．

【分析】（1）由旋轉(zhuǎn)性質(zhì)，易得△EFD是等邊三角形；利用等邊三角形的性質(zhì)、勾股定理求出EF的長(zhǎng)；

（2）①四邊形EFGH的四邊長(zhǎng)都相等，所以是正方形；利用三角形全等證明AE=BF；

②求面積y的表達(dá)式，這是一個(gè)二次函數(shù)，利用二次函數(shù)性質(zhì)求出最值及y的取值范圍．

【解答】解：（1）如題圖2，由旋轉(zhuǎn)性質(zhì)可知EF=DF=DE，則△DEF為等邊三角形．

在Rt△ADE與Rt△CDF中，

∴Rt△ADE≌Rt△CDF（HL）

∴AE=CF．

設(shè)AE=CF=x，則BE=BF=4﹣x

∴△BEF為等腰直角三角形．

∴EF=BF=（4﹣x）．

∴DE=DF=EF=（4﹣x）．

在Rt△ADE中，由勾股定理得：AE²+AD²=DE²，即：x²+4²=[（4﹣x）]²，

解得：x₁=8﹣4，x₂=8+4（舍去）

∴EF=（4﹣x）=4﹣4．

DEF的形狀為等邊三角形，EF的長(zhǎng)為4﹣4．

（2）①四邊形EFGH的形狀為正方形，此時(shí)AE=BF．理由如下：

依題意畫出圖形，如答圖1所示：

由旋轉(zhuǎn)性質(zhì)可知，EF=FG=GH=HE，∠EFG=90°，∴四邊形EFGH的形狀為正方形．

∵∠1+∠2=90°，∠2+∠3=90°，

∴∠1=∠3．

∵∠3+∠4=90°，∠2+∠3=90°，

∴∠2=∠4．

在△AEH與△BFE中，

∴△AEH≌△BFE（ASA）

∴AE=BF．

②利用①中結(jié)論，易證△AEH、△BFE、△CGF、△DHG均為全等三角形，

∴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，

∴當(dāng)x=2時(shí)，y取得最小值8；當(dāng)x=0時(shí)，y=16，

∴y的取值范圍為：8≤y＜16．

【點(diǎn)評(píng)】本題是幾何變換綜合題，以旋轉(zhuǎn)變換為背景考查了正方形、全等三角形、等邊三角形、等腰直角三角形、勾股定理、二次函數(shù)等知識(shí)點(diǎn)．本題難度不大，著重對(duì)于幾何基礎(chǔ)知識(shí)的考查，是一道好題．