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在正方形ABCD中,对角线AC,BD交于点O,点P在线段BC上(不含点B),∠BPE=12∠ACB,PE交BO于点E,过点B作BF⊥PE,垂足为F,交AC于点G.(1)当点P与点C重合时(如图1).求证:△BOG≌△POE;(2

题目详情
在正方形ABCD中,对角线AC,BD交于点O,点P在线段BC上(不含点B),∠BPE=
1
2
∠ACB,PE交BO于点E,过点B作BF⊥PE,垂足为F,交AC于点G.
(1)当点P与点C重合时(如图1).求证:△BOG≌△POE;
(2)通过观察、测量、猜想:
BF
PE
=
1
2
1
2
,并结合图2证明你的猜想;
(3)把正方形ABCD改为菱形,其他条件不变(如图3),若∠ACB=α,求
BF
PE
的值.(用含α的式子表示)
▼优质解答
答案和解析
(1)证明:∵四边形ABCD是正方形,P与C重合,
∴OB=OP,∠BOC=∠BOG=90°,
∵PF⊥BG,∠PFB=90°,
∴∠GBO=90°-∠BGO,∠EPO=90°-∠BGO,
∴∠GBO=∠EPO,
在△BOG和△POE中,
∠GBO=∠EPO
OB=OP
∠BOG=∠COE

∴△BOG≌△POE(ASA);

(2)猜想
BF
PE
1
2

证明:如图2,过P作PM∥AC交BG于M,交BO于N,
∴∠PNE=∠BOC=90°,∠BPN=∠OCB.
∵∠OBC=∠OCB=45°,
∴∠NBP=∠NPB.
∴NB=NP.
∵∠MBN=90°-∠BMN,∠NPE=90°-∠BMN,
∴∠MBN=∠NPE,
在△BMN和△PEN中,
∠MBN=∠NPE
NB=NP
∠MNB=∠PNE=90°

∴△BMN≌△PEN(ASA),
∴BM=PE.
∵∠BPE=
1
2
∠ACB,∠BPN=∠ACB,
∴∠BPF=∠MPF.
∵PF⊥BM,
∴∠BFP=∠MFP=90°.
在△BPF和△MPF中,
∠BPF=∠MPF
PF=PF
∠PFB=∠PFM

∴△BPF≌△MPF(ASA).                                        
∴BF=MF. 
即BF=
1
2
BM.
∴BF=
1
2
PE.
BF
PE
1
2


(3)解法一:如图3,过P作PM∥AC交BG于点M,交BO于点N,
∴∠BPN=∠ACB=α,∠PNE=∠BOC=90°,
由(2)同理可得:BF=
1
2
BM,∠MBN=∠EPN,
∵∠BNM=∠PNE=90°,
∴△BMN∽△PEN.
BM
PE
BN
PN

在Rt△BNP中,tanα=
BN
PN

BM
PE
=tanα.
2BF
PE
=tanα.
BF
PE
=
1
2
tanα.               

解法二:如图3,过P作PM∥AC交BG于点M,交BO于点N,
∴BO⊥PM,∠BPN=∠ACB=α,
∵∠BPE=
1
2
∠ACB=
1
2
α,PF⊥BM,
∴∠EPN=
1
2
α.∠MBN=∠EPN=∠BPE=
1
2
α.
设BF=x,PE=y,EF=m,
在Rt△PFB中,tan
α
2
=
BF
PF

∵PF=PE+EF=y+m,
∴x=(y+m)tan
α
2

在Rt△BFE中,tan
α
2
=
EF
BF
=
m
x

∴m=x•tan
α
2

∴x=(y+xtan
α
2
)•tan
α
2

∴x=y•tan
α
2
+x•tan2
α
2

∴(1-tan2
α
2
)x=y•tan
α
2

x
y
tan
α
2
1−tan2
α
2

BF
PE
tan
α
2
1−tan2
α
2


解法三:如图3,过P作PM∥AC交BG于点M,交BO于点N,
∴∠BNP=∠BOC=90°.
∴∠EPN+∠NEP=90°.
又∵BF⊥PE,
∴∠FBE+∠BEF=90°.
∵∠BEF=∠NEP,
∴∠FBE=∠EPN,
∵PN∥AC,
∴∠BPN=∠BCA=α.
又∵∠BPE=
1
2
∠ACB=
1
2
α,
∴∠NPE=∠BPE=
1
2
α.
∴∠FBE=∠BPE=∠EPN=
1
2
α.
∵sin∠FPB=
BF
BP

∴BP=
BF
sin
α
2
,)
∵cos∠EPN=
PN
PE

∴PN=PE•cos
α
2

∵cos∠NPB=
PN
BP

∴PN=BP•cosα,
∴EP•cos
α
2
=BP•cosα,
∴EP•cos
α
2
=
BF
sin
α
2
•cosα,
BF
PE
sin
α
2
•cos
α
2
cosα