我們知道,把一個圖形沿着某一條直線折疊,如果直線兩旁的部分能夠互相重合,那麼稱這個圖形是軸對稱圖形,顯然把菱形沿着對角線所在的直線折疊,能夠與它本身完全重合,說明菱形是關于對角線對稱的軸對稱圖形,它的兩條對角線所在的直線都是它的對稱軸,而菱形的對角線互相垂直,所以它又是中心對稱圖形。利用菱形的對稱性,可以說明某些線段、角相等或說明三角形全等。
如圖1,E是菱形ABCD的對角線AC上一點,則ΔABE≌ΔADE, ΔBCE≌ΔDCE.這個結論具有一般性,很多有關菱形的題都有該圖的"影子",因而利用這個基本圖形的結論可以簡捷地解決問題.
類型1 利用菱形的對稱性求角度
1.如圖所示,在菱形ABCD中,∠BAD=70°,AB的垂直平分線交對角線AC于點F,垂足為E,連接DF,則∠CDF等于( )
A.75° B.70° C.60° D.55°
【解答】連接BD,BF,∵∠BAD=70°,∴∠ADC=110°,
又∵EF垂直平分AB,AC垂直平分BD,∴AF=BF,BF=DF,∴AF=DF,∴∠FAD=∠FDA=35°,
∴∠CDF=110°﹣35°=75°.故選A.
【方法提示】解答本題時注意先先連接BD,BF,這是解答本題的突破口.
2.如圖,四邊形ABCD和四邊形AECF都是菱形,點E、F在BD上,已知∠BAD=110°,∠EAF=50°,求:
(1)∠ABD的度數;
(2)∠BAE的度數.
【解答】(1)∵四邊形ABCD是菱形,
∴AB=AD,∠ABD=∠CBD,
∵∠BAD=110°,∴∠ABD=∠ADB=1/2(180°﹣110°)=35°;
(2)∵∠EAF=50°,四邊形AECF是菱形,
∴AE=AF,則∠AEF=∠AFE=65°,∴∠BAE=65°﹣35°=30°.
類型2 利用菱形的對稱性求線段長
3.如圖所示,在邊長為2的菱形ABCD中,∠DAB=60°,點E為AB中點,點F是AC上一動點,則EF BF的最小值為________ .(提示:根據軸對稱的性質)
【分析】首先連接DB,DE,設DE交AC于M,連接MB,DF.證明隻有點F運動到點M時,EF BF取最小值,再根據菱形的性質、勾股定理求得最小值.
【解答】連接DB,DE,設DE交AC于M,連接MB,DF,
∵四邊形ABCD是菱形,∴AC,BD互相垂直平分,
∴點B關于AC的對稱點為D,
∴FD=FB,∴FE FB=FE FD≥DE.
隻有當點F運動到點M時,取等号(兩點之間線段最短),
△ABD中,AD=AB,∠DAB=60°,
∴△ABD是等邊三角形.
∵E為AB的中點,∴DE⊥AB,
【點評】此題主要考查菱形是軸對稱圖形的性質,容易出現錯誤的地方是對點F的運動狀态不清楚,無法判斷什麼時候會使EF BF成為最小值.
4.如圖,在菱形ABCD中,AC=8cm,BD=6cm,第一次平移将菱形ABCD沿射線AC方向向右平移6cm得菱形A1B1C1D1,第二次平移将菱形A1B1C1D1沿射線AC方向向右平移6cm得菱形A2B2C2D2,…第n次平移将菱形An﹣1Bn﹣1Cn﹣1Dn﹣1沿射線AC方向向右平移6cm得菱形AnBnCnDn,(n>2)
(1)填空:AC1=_____ ,AC2=______ ,ACn=____ ;
(2)若ACn的長為68cm,求n.
【分析】(1)根據平移的性質得出AA1=6cm,A1A2=6cm,A2C1=A1C1﹣A1A2=8﹣6=2,進而求出AC1和AC2的長,再得到一般性規律即可求出ACn的長;
(2)根據(1)中所求得出數字變化規律,進而得出ACn=(n 1)×6 2=68,求出n即可.
【解答】(1)∵AC=8cm,BD=6cm,第一次平移将菱形ABCD沿射線AC方向向右平移6cm得菱形A1B1C1D1,第二次平移将菱形A1B1C1D1沿射線AC方向向右平移6cm得菱形A2B2C2D2,
∴AA1=6cm,A1A2=6cm,A2C1=A1C1﹣A1A2=8﹣6=2,∴AC1=AA1 A1A2 A2C1=6 6 2=14,
∴AB2的長為:6 6 6 2=20,∴ACn=(n 1)×6 2=6n 8,
故答案為:14,20,6n 8;
(2)∵ACn=(n 1)×6 2,∴(n 1)×6 2=68,解得:n=10.
類型3 利用菱形的對稱性求面積
5.如圖,點F是菱形ABDC對角線BC上一動點,EF∥AB,GF∥AC,菱形兩條對角線BC和AD的長分别為2cm、5cm,當點F在BC上移動時,陰影面積會改變嗎?如果不變,請求出陰影部分的面積.
【解答】∵EF∥AB,GF∥AC,∴四邊形CGFE是平行四邊形,
∴CO=OF,OE=OG,CE=GF,∴△CEO≌△FGO.
∴陰影面積不會改變,且為菱形的面積的一半.S陰影=BC•AD=2.5.
6.某校的校園内有一個由兩個相同的正六邊形(邊長為2.5m)圍成的花壇,如圖中的陰影部分所示,校方先要将這個花壇在原有的基礎上擴建成一個菱形區域如圖所示,并在新擴充的部分種上草坪,則擴建後菱形區域的周長為( )
A.20m B.25m C.30m D.35m
【解答】如圖,∵花壇是由兩個相同的正六邊形圍成,
∴∠FGM=∠GMN=120°,GM=GF=EF,∴∠BMG=∠BGM=60°,∴△BMG是等邊三角形,
∴BG=GM=2.5(m),同理可證:AF=EF=2.5(m)
∴AB=BG GF AF=2.5×3=7.5(m),∴擴建後菱形區域的周長為7.5×4=30(m),
故選:C.
類型4 利用菱形的對稱性确定線段或角相等問題
7.如圖,四邊形ABCD是菱形,F是AB上一點,DF交AC于E,求證:∠AFD=∠CBE.
【解答】證明:∵四邊形ABCD是菱形,
∴∠BCE=∠DCE,BC=CD,AB∥CD,∴∠AFD=∠CDE,
在△BCE和△DCE中
∴△BCE≌△DCE(SAS),∴∠CBE=∠CDE,
∵∠AFD=∠CDE,∴∠AFD=∠CBE.
8.已知:如圖,在菱形ABCD中,∠BAD=120°,點M,N分别在BC和CD上,且∠MAN=60°.
(1)求證:AM=AN;
(2)比較點M到直線AB的距離與點N到直線BC的距離,并證明你的結論.
【解答】(1)證明:如圖,連接AC.
∵四邊形ABCD是菱形,∠BAD=120°,
∴∠CAB=∠CAD=∠ACB=∠ACD=60°,AB=BC=CD=AD,
∴△ABC、△ACD等式等邊三角形,∴∠B=60°,AB=AC,
∵∠BAC=∠MAN,∴∠BAM=∠CAN,
在△AMB和△ACN中,
∴△BAM≌△CAN,∴AM=AN.
(2)結論:點M到直線AB的距離與點N到直線BC的距離相等.
證明:作ME⊥AB,NF⊥CA,NH⊥BC,垂足分别為E、F、H.
∵∠BCD=120°,∴∠NCH=60°=∠NCF,∴NH=NF,
∵△BAM≌△CAN,∴S△ABM=S△ACN,∴1/2•AB•ME=1/2•AC•NF,
∵AB=AC,∴ME=NF,∴NF=ME,
∴點M到直線AB的距離與點N到直線BC的距離相等.
【方法點撥】本題考查菱形的性質、等邊三角形的判定和性質、角平分線的性質、全等三角形的判定和性質等知識,解題的關鍵是正确尋找全等三角形,利用全等三角形對應邊上的高相等解決問題.
綜上所述,利用圖形的對稱性研究圖形的性質,再利用其性質可以探求、說明幾何題.在這方面多進行嘗試,對提高分析問題、解決問題的能力是大有裨益的.
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