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如图1,四边形ABCD是正方形,G是CD边上的一个动点(点G与C、D不重合),以CG为一边在正方形ABCD外作正方形CEFG,连接BG,DE.我们探究下列图中线段BG、线段DE的长度关系及所在直线的位置关系:
(1)①猜想如图1中线段BG、线段DE的长度关系及所在直线的位置关系;
②将图1中的正方形CEFG绕着点C按顺时针(或逆时针)方向旋转任意角度α,得到如图2、如图3情形.请你判断①中得到的结论是否仍然成立,并选取图2证明你的判断.
(2)将原题中正方形改为矩形(如图6),且AB=a,BC=b,CE=ka,CG=kb (a≠b,k>0),第(1)题①中得到的结论哪些成立,哪些不成立?若成立,以图5为例简要说明理由.
分析:(1)①延长BG交DE于O,根据正方形性质推出BC=CD=AB,CG=CE,∠BCD=∠ECD=90°,证△BCG≌△DCE,推出BG=DE,∠CBG=∠CDE,求出∠CDE+∠DGO=90°,求出∠DOG=90°即可;②求出∠BCG=∠DCE,证△BCG≌△DCE,推出BG=DE,∠CBG=∠CDE,求出∠CDE+∠DGO=90°,求出∠DOG=90°即可;
(2)求出
BC
CD
=
CG
CE
=
b
a
,加上∠BCG=∠DCE,证△BCG∽△DCE,得出
BG
DE
=
BC
CD
=
b
a
,∠CBG=∠CDE,即可判定BG=DE不成立;推出∠EDC+∠DHO=90°,求出∠DOH=90°即可.
解答:(1)①BG=DE,BG⊥DE,
理由是:

延长BG交DE于O,
∵四边形ABCD、CGFE是正方形,
∴BC=CD=AB,CG=CE,∠BCD=∠ECD=90°,
∵在△BCG和△DCE中
BC=CD
∠BCG=∠DCE
CG=CE

∴△BCG≌△DCE,
∴BG=DE,∠CBG=∠CDE,
∵∠CBG+∠BGC=90°,
又∵∠DGO=∠BGC,
∴∠EDC+∠DGO=90°,
∴∠DOG=180°-90°=90°,
∴BG⊥DE,
即BG=DE,BG⊥DE;

②仍成立,
证明:∵四边形ABCD、CGFE是正方形,
∴BC=CD,CG=CE,∠BCD=∠ECG=90°,
∴∠BCD+∠DCG=∠ECG+∠DCG,
即∠BCG=∠DCE,
∵在△BCG和△DCE中
BC=CD
∠BCG=∠DCE
CG=CE

∴△BCG≌△DCE,
∴BG=DE,∠CBG=∠CDE,
∵∠CBG+∠BGC=90°,
又∵∠DGO=∠BGC,
∴∠EDC+∠DGO=90°,
∴∠DOG=180°-90°=90°,
∴BG⊥DE,
即BG=DE,BG⊥DE;

(2)解:BG=DE不成立,BG⊥DE成立,
理由是:∵四边形ABCD和四边形GCEF都是矩形,
∴AB=CD=a,BC=b,CE=ka,CG=kb,
BC
CD
=
CG
CE
=
b
a

∵∠BCG=∠DCE(已证),
∴△BCG∽△DCE,
BG
DE
=
BC
CD
=
b
a
,∠CBG=∠CDE,
∵∠CBG+∠BHC=90°,
又∵∠DHO=∠BHC,
∴∠EDC+∠DHO=90°,
∴∠DOH=180°-90°=90°,
∴BG⊥DE,
则BG=DE不成立,BG⊥DE成立.
点评:本题考查的知识点是正方形性质,矩形的性质,全等三角形性质和判定,相似三角形的性质和判定,三角形的内角和定理,主要考查学生运用定理进行推理的能力,题目比较典型,综合性比较强.
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