Question

【題目】已知：四邊形ABCD是菱形，AB＝4，∠ABC＝60°，有一足夠大的含60°角的直角三角尺的60°角的頂點與菱形ABCD的頂點A重合，兩邊分別射線CB、DC相交于點E、F，且∠EAP＝60°．

（1）如圖1，當點E是線段CB的中點時，請直接判斷△AEF的形狀是　 　．

（2）如圖2，當點E是線段CB上任意一點時（點E不與B、C重合），求證：BE＝CF；

（3）如圖3，當點E在線段CB的延長線上，且∠EAB＝15°時，求點F到BC的距離．

Answer 1

【答案】（1）△AEF是等邊三角形，理由見解析；（2）見解析；（3）點F到BC的距離為3﹣．

【解析】

（1）連接AC，證明△ABC是等邊三角形，得出AC＝AB，再證明△BAE≌△DAF，得出AE＝AF，即可得出結論；

（2）連接AC，同（1）得：△ABC是等邊三角形，得出∠BAC＝∠ACB＝60°，AB＝AC，再證明△BAE≌△CAF，即可得出結論；

（3）同（1）得：△ABC和△ACD是等邊三角形，得出AB＝AC，∠BAC＝∠ACB＝∠ACD＝60°，證明△BAE≌△CAF，得出BE＝CF，AE＝AF，證出△AEF是等邊三角形，得出∠AEF＝60°，證出∠AEB＝45°，得出∠CEF＝∠AEF﹣∠AEB＝15°，作FH⊥BC于H，在△CEF內部作∠EFG＝∠CEF＝15°，則GE＝GF，∠FGH＝30°，由直角三角形的性質得出FG＝2FH，GH＝FH，CF＝2CH，FH＝CH，設CH＝x，則BE＝CF＝2x，FH＝x，GE＝GF＝2FH＝2x，GH＝FH＝3x，得出EH＝4+x＝2x+3x，解得：x＝﹣1，求出FH＝x＝3﹣即可．

（1）解：△AEF是等邊三角形，理由如下：

連接AC，如圖1所示：

∵四邊形ABCD是菱形，

∴AB＝BC＝AD，∠B＝∠D，

∵∠ABC＝60°，

∴∠BAD＝120°，△ABC是等邊三角形，

∴AC＝AB，

∵點E是線段CB的中點，

∴AE⊥BC，

∴∠BAE＝30°，

∵∠EAF＝60°，

∴∠DAF＝120°﹣30°﹣60°＝30°＝∠BAE，

在△BAE和△DAF中，

，

∴△BAE≌△DAF（ASA），

∴AE＝AF，

又∵∠EAF＝60°，

∴△AEF是等邊三角形；

故答案為：等邊三角形；

（2）證明：連接AC，如圖2所示：

同（1）得：△ABC是等邊三角形，

∴∠BAC＝∠ACB＝60°，AB＝AC，

∵∠EAF＝60°，

∴∠BAE＝∠CAF，

∵∠BCD＝∠BAD＝120°，

∴∠ACF＝60°＝∠B，

在△BAE和△CAF中，

，

∴△BAE≌△CAF（ASA），

∴BE＝CF；

（3）解：同（1）得：△ABC和△ACD是等邊三角形，

∴AB＝AC，∠BAC＝∠ACB＝∠ACD＝60°，

∴∠ACF＝120°，

∵∠ABC＝60°，

∴∠ABE＝120°＝∠ACF，

∵∠EAF＝60°，

∴∠BAE＝∠CAF，

在△BAE和△CAF中，

，

∴△BAE≌△CAF（ASA），

∴BE＝CF，AE＝AF，

∵∠EAF＝60°，

∴△AEF是等邊三角形，

∴∠AEF＝60°，

∵∠EAB＝15°，∠ABC＝∠AEB+∠EAB＝60°，

∴∠AEB＝45°，

∴∠CEF＝∠AEF﹣∠AEB＝15°，

作FH⊥BC于H，在△CEF內部作∠EFG＝∠CEF＝15°，如圖3所示：

則GE＝GF，∠FGH＝30°，

∴FG＝2FH，GH＝FH，

∵∠FCH＝∠ACF﹣∠ACB＝60°，

∴∠CFH＝30°，

∴CF＝2CH，FH＝CH，

設CH＝x，則BE＝CF＝2x，FH＝x，GE＝GF＝2FH＝2x，GH＝FH＝3x，

∵BC＝AB＝4，

∴CE＝BC+BE＝4+2x，

∴EH＝4+x＝2x+3x，

解得：x＝﹣1，

∴FH＝x＝3﹣，

即點F到BC的距離為3﹣．