Question

【題目】問(wèn)題情境：如圖1，在正方形ABCD中，E為邊BC上一點(diǎn)（不與點(diǎn)B、C重合），垂直于AE的一條直線MN分別交AB、AE、CD于點(diǎn)M、P、N．判斷線段DN、MB、EC之間的數(shù)量關(guān)系，并說(shuō)明理由．

問(wèn)題探究：在“問(wèn)題情境”的基礎(chǔ)上，

（1）如圖2，若垂足P恰好為AE的中點(diǎn)，連接BD，交MN于點(diǎn)Q，連接EQ，并延長(zhǎng)交邊AD于點(diǎn)F．求∠AEF的度數(shù)；

（2）如圖3，當(dāng)垂足P在正方形ABCD的對(duì)角線BD上時(shí)，連接AN，將△APN沿著AN翻折，點(diǎn)P落在點(diǎn)P'處．若正方形ABCD的邊長(zhǎng)為4 ，AD的中點(diǎn)為S，求P'S的最小值．

問(wèn)題拓展：如圖4，在邊長(zhǎng)為4的正方形ABCD中，點(diǎn)M、N分別為邊AB、CD上的點(diǎn)，將正方形ABCD沿著MN翻折，使得BC的對(duì)應(yīng)邊B'C'恰好經(jīng)過(guò)點(diǎn)A，C'N交AD于點(diǎn)F．分別過(guò)點(diǎn)A、F作AG⊥MN，FH⊥MN，垂足分別為G、H．若AG＝，請(qǐng)直接寫(xiě)出FH的長(zhǎng)．

Answer 1

【答案】問(wèn)題情境：.理由見(jiàn)解析；問(wèn)題探究：（1）；（2）的最小值為；問(wèn)題拓展：.

【解析】

問(wèn)題情境：過(guò)點(diǎn)B作BF∥MN分別交AE、CD于點(diǎn)G、F，證出四邊形MBFN為平行四邊形，得出NF＝MB，證明△ABE≌△BCF得出BE＝CF，即可得出結(jié)論；

問(wèn)題探究：（1）連接AQ，過(guò)點(diǎn)Q作HI∥AB，分別交AD、BC于點(diǎn)H、I，證出△DHQ是等腰直角三角形，HD＝HQ，AH＝QI，證明Rt△AHQ≌Rt△QIE得出∠AQH＝∠QEI，得出△AQE是等腰直角三角形，得出∠EAQ＝∠AEQ＝45°，即可得出結(jié)論；

（2）連接AC交BD于點(diǎn)O，則△APN的直角頂點(diǎn)P在OB上運(yùn)動(dòng)，設(shè)點(diǎn)P與點(diǎn)B重合時(shí)，則點(diǎn)P′與點(diǎn)D重合；設(shè)點(diǎn)P與點(diǎn)O重合時(shí)，則點(diǎn)P′的落點(diǎn)為O′，由等腰直角三角形的性質(zhì)得出∠ODA＝∠ADO′＝45°，當(dāng)點(diǎn)P在線段BO上運(yùn)動(dòng)時(shí)，過(guò)點(diǎn)P作PG⊥CD于點(diǎn)G，過(guò)點(diǎn)P′作P′H⊥CD交CD延長(zhǎng)線于點(diǎn)H，連接PC，證明△APB≌△CPB得出∠BAP＝∠BCP，證明Rt△PGN≌Rt△NHP'得出PG＝NH，GN＝P'H，由正方形的性質(zhì)得出∠PDG＝45°，易得出PG＝GD，得出GN＝DH，DH＝P'H，得出∠P'DH＝45°，故∠P'DA＝45°，點(diǎn)P'在線段DO'上運(yùn)動(dòng)；過(guò)點(diǎn)S作SK⊥DO'，垂足為K，即可得出結(jié)果；

問(wèn)題拓展：延長(zhǎng)AG交BC于E，交DC的延長(zhǎng)線于Q，延長(zhǎng)FH交CD于P，則EG＝AG＝，PH＝FH，得出AE＝5，由勾股定理得出BE＝＝3，得出CE＝BC﹣BE＝1，證明△ABE∽△QCE，得出QE＝AE＝，AQ＝AE+QE＝，證明△AGM∽△ABE，得出AM＝，由折疊的性質(zhì)得：AB'＝EB＝3，∠B'＝∠B＝90°，∠C'＝∠BCD＝90°，求出B'M＝，AC'＝1，證明△AFC'∽△MAB'，得出AF＝，證明△DFP∽△DAQ，得出FP＝，得出FH＝FP＝．

問(wèn)題情境：因?yàn)樗倪呅?/span>是正方形，

所以.

過(guò)點(diǎn)作分別交于點(diǎn).

所以四邊形為平行四邊形.

所以.所以，

所以，

又因?yàn)?/span>，

所以.，所以.

因?yàn)?/span>，所以，所以.

問(wèn)題探究：

（1）連接，過(guò)點(diǎn)作，分別交于點(diǎn).易得四邊形矩形.

所以且.

因?yàn)?/span>是正方形的對(duì)角線，所以.

所以是等腰直角三角形，.所以.

因?yàn)?/span>是的垂直平分線，所以.

所以.所以.

所以.所以.

所以是等腰直角三角形，，即.

（2）如圖所示，連接交于點(diǎn)，由題意易得的直角頂點(diǎn)在上運(yùn)動(dòng).

設(shè)點(diǎn)與點(diǎn)重合，則點(diǎn)與點(diǎn)重合；

設(shè)與點(diǎn)重合，則點(diǎn)的落點(diǎn)為.易知.

當(dāng)點(diǎn)在線段上運(yùn)動(dòng)時(shí)，

過(guò)點(diǎn)作的垂線，垂足為，

過(guò)點(diǎn)作，垂足為點(diǎn).

易證：，

所以，

因?yàn)?/span>是正方形的對(duì)角線，

所以，易得，所以.

所以.

所以，故.

所以點(diǎn)在線段上運(yùn)動(dòng).

過(guò)點(diǎn)作，垂足為，因?yàn)辄c(diǎn)為的中點(diǎn)，

所以，則的最小值為.

問(wèn)題拓展：

解：延長(zhǎng)AG交BC于E，交DC的延長(zhǎng)線于Q，延長(zhǎng)FH交CD于P，如圖4：

則EG＝AG＝，PH＝FH，

∴AE＝5，

在Rt△ABE中，BE＝＝3，

∴CE＝BC﹣BE＝1，

∵∠B＝∠ECQ＝90°，∠AEB＝∠QEC，

∴△ABE∽△QCE，

∴

∵AG⊥MN，

∴∠AGM＝90°＝∠B，

∵∠MAG＝∠EAB，

∴△AGM∽△ABE，

∴，即，

解得：，

由折疊的性質(zhì)得：AB'＝EB＝3，∠B'＝∠B＝90°，∠C'＝∠BCD＝90°，

∴B'M＝，

∵∠BAD＝90°，

∴∠B'AM＝∠C'FA，

∴△AFC'∽△MAB'，

∴，

解得：

∵AG⊥MN，FH⊥MN，

∴AG∥FH，

∴AQ∥FP，

∴△DFP∽△DAQ，

∴，即，

解得：FP＝，

∴FH＝．