Question

小華將一張矩形紙片（如圖1）沿對(duì)角線CA剪開(kāi)，得到兩張三角形紙片（如圖2），其中∠ACB=α，然后將這兩張三角形紙片按如圖3所示的位置擺放，△EFD紙片的直角頂點(diǎn)D落在△ACB紙片的斜邊AC上，直角邊DF落在AC所在的直線上．
（1）若ED與BC相交于點(diǎn)G，取AG的中點(diǎn)M，連接MB、MD，當(dāng)△EFD紙片沿CA方向平移時(shí)（如圖3），請(qǐng)你觀察、測(cè)量MB、MD的長(zhǎng)度，猜想并寫(xiě)出MB與MD的數(shù)量關(guān)系，然后證明你的猜想；
（2）在（1）的條件下，求出∠BMD的大�。ㄓ煤�α的式子表示），并說(shuō)明當(dāng)α=45°時(shí)，△BMD是什么三角形；
（3）在圖3的基礎(chǔ)上，將△EFD紙片繞點(diǎn)C逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一定的角度（旋轉(zhuǎn)角度小于90°），此時(shí)△CGD變成△CHD，同樣取AH的中點(diǎn)M，連接MB、MD（如圖4），請(qǐng)繼續(xù)探究MB與MD的數(shù)量關(guān)系和∠BMD的大小，直接寫(xiě)出你的猜想，不需要證明，并說(shuō)明α為何值時(shí)，△BMD為等邊三角形．

Answer 1

分析：（1）易得MB和DM分別是直角三角形ABG和直角三角形ADG斜邊上的中線，都等于AG的一半，那么BM=DM．
（2）把∠BMD進(jìn)行合理分割，應(yīng)用外角等于內(nèi)角和，得到∠BMD與∠BAD之間的關(guān)系，進(jìn)而得到與∠ACB即∠α之間的關(guān)系，當(dāng)∠α=45°時(shí)，∠BMD=90°，那么△BMD為等腰直角三角形．
（3）通過(guò)類比思想可猜想MB與MD的數(shù)量關(guān)系和∠BMD的大小結(jié)論依然成立．那么只有當(dāng)∠α=60°時(shí)，△BMD為等邊三角形．

解答：解：（1）MB=MD，
證明：∵AG的中點(diǎn)為M∴在Rt△ABG中，MB=

1

2

AG
在Rt△ADG中，MD=

1

2

AG
∴MB=MD．

（2）∵∠BMG=∠BAM+∠ABM=2∠BAM，
同理∠DMG=∠DAM+∠ADM=2∠DAM，
∴∠BMD=2∠BAM+2∠DAM=2∠BAC，
而∠BAC=90°-α，
∴∠BMD=180°-2α，
∴當(dāng)α=45°時(shí)，∠BMD=90°，此時(shí)△BMD為等腰直角三角形．

（3）當(dāng)△CGD繞點(diǎn)C逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一定的角度，仍然存在MB=MD，
∠BMD=180°-2α，
故當(dāng)α=60°時(shí)，△BMD為等邊三角形．
解法：延長(zhǎng)DM至N，使MN=DM，連AN、BN、BD，則有AN=DH，∠NAM=∠DHM

∵∠1=∠AHD+∠2
∴∠BAM+90°=∠AHD+90°-∠DCB，
∴∠NAB=∠DCB，
∵∠CDH=∠ABC=90°，∠DCH=∠BCA，
∴△CDH∽△CBA，
∴DH：AB=CD：BC，
∴AN：AB=CD：BC，
∴△NAB∽△DCB，
∴∠NBA=∠DBC
∴∠NBD=90°，
∴BM=MD，
由△NAB∽△DCB得NB：AB=BD：BC
∴△NBD∽△ABC，
∴∠BNM=∠BAC，
∵∠BMD=2∠BNM
∴∠BMD=2（90°-α）=180°-2α．

點(diǎn)評(píng)：此題是一道集剪接、平移、旋轉(zhuǎn)為一體的直線形操作探究題，學(xué)生可以用自己身邊的直觀模型（將一矩形紙片剪開(kāi)，得到兩個(gè)全等的直角三角形紙片），按照第（1）問(wèn)中的操作要求實(shí)際進(jìn)行操作演示，在操作、觀察、度量的基礎(chǔ)上再進(jìn)行論證，較好地體現(xiàn)了從感性認(rèn)識(shí)到理性認(rèn)識(shí)的思維過(guò)程．第（2）問(wèn)運(yùn)用直線形的有關(guān)知識(shí)不難得出結(jié)論．第（3）問(wèn)必須在第（1）、（2）問(wèn)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行觀察、猜想、歸納、總結(jié)出一般規(guī)律．此題既考查了直線形的有關(guān)知識(shí)，又考查了學(xué)生操作、觀察、驗(yàn)證、推理的能力，不愧是一道獨(dú)具匠心的試題．它給我們的啟示是：在平時(shí)教學(xué)中要多給學(xué)生提供從事數(shù)學(xué)活動(dòng)的機(jī)會(huì)，積極引導(dǎo)學(xué)生參與實(shí)踐操作活動(dòng)，培養(yǎng)他們的積極動(dòng)手、樂(lè)于探究的意識(shí)．