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11.已知,如图,在△ABC中,AB=AC,∠BAC=α,且60°<α<120°,P是△ABC内部一点,且PC=AC,∠PCA=120°-α.
(1)用含α的代数式表示∠APC,得∠APC=30°+$\frac{1}{2}α$;
(2)求证:∠BAP=∠PCB;
(3)求∠PBC的度数;
(4)若PA=PB,试猜想△ABC的形状.

分析 (1)在三角形APC中,因为PC=AC,推出∠CPA=∠CAP,因为∠CAP+∠CPA+∠ACP=180°,推出∠CPA=∠CAP=(180°-∠ACP)÷2=(60°+α)÷2=30°+$\frac{1}{2}α$,
(2)由①所推出的结论,可知∠BAP=∠BAC-∠CAP=α-(30°+$\frac{1}{2}α$)=$\frac{1}{2}α$-30°,在三角形ABC中,∠BCA=∠ABC=(180-a)÷2=90°-$\frac{1}{2}α$,∠PCB=∠BCA-∠ACP=90-$\frac{1}{2}α$-(120°-α)=$\frac{1}{2}α$-30°,所以∠BAP=∠PC,
(3)方法一:分别延长CP、AP交BC于F 点,交AB于E点,由∠BAP=∠PCB,可得A,E,F,C四点共圆,得∠EFB=α,所以可得BF=EF,EF=PF,即BF=PF,又由∠AFC=∠ABC+∠BAF=90°-$\frac{1}{2}α$+$\frac{1}{2}α$-30°=60°,即得∠PBC=∠BPF=30°.
方法二:先利用角平分线构造出△PCD≌△ACD,进而判断出△PAD是等边三角形,得出AP=AD,即可得出△BAP≌△CAD,判断出四边形BCDP是等腰梯形,求出∠BCD即可;
(4)先得出∠ABP=$\frac{1}{2}$α-30°,即可得出∠ABC=∠ACB=$\frac{1}{2}$α,利用三角形的内角和即可得出α即可.

解答 (1)解:∵AB=AC,∠BAC=α,PC=AC,
∴∠CPA=∠CAP,∠BCA=∠ABC,
∵∠CAP+∠CPA+∠ACP=180°,
∴∠CPA=∠CAP=(180°-∠ACP)÷2=(60°+α)÷2=30°+$\frac{1}{2}α$,
故答案为:30°+$\frac{1}{2}α$,

(2)证明:∵∠BAP=∠BAC-∠CAP,∠BAC=α,∠CAP=30°+$\frac{1}{2}α$,
∴∠BAP=∠BAC-∠CAP=α-(30°+$\frac{1}{2}α$)=$\frac{1}{2}α$-30°,
∴∠BCA=∠ABC=(180-a)÷2=90°-$\frac{1}{2}α$,
∴∠PCB=∠BCA-∠ACP=90-$\frac{1}{2}α$-(120°-α)=$\frac{1}{2}α$-30°,
∴∠BAP=∠PCB,
(3)方法一:解:如图,分别延长CP、AP交AB于E点,交BC于F点,
∵∠BAP=∠PCB,
∴∠PFB=∠PEB,
∴A,E,F,C四点共圆,
∴∠EFB=∠BAC=α,∠EFA=∠ECA,∠FEC=∠CAF,
∴BF=EF,EF=PF,
∴BF=PF
∴∠AFC=∠ABC+∠BAF=90°-$\frac{1}{2}α$+$\frac{1}{2}α$-30°=60°,
∴∠PBC=∠BPF=30°.
方法二:如图1,
过点P作PD∥BC,交∠ACP的平分线于D,连接AD,
∴∠PCD=∠ACD,
在△PCD和△ACD中,$\left\{\begin{array}{l}{CP=CA}\\{∠PCD=∠ACD}\\{CD=CD}\end{array}\right.$,
∴△PCD≌△ACD,
∴PD=AD,∠CPD=∠CAD,
∵AB=AC,∠BAC=α,
∴∠ACB=$\frac{1}{2}$(180°-α)=90°-$\frac{1}{2}$α,
∵∠PCA=120°-α.
∴∠BCP=∠ACB-∠ACP=90°-$\frac{1}{2}$α-(120°-α)=$\frac{1}{2}$α-30°,
∵PD∥BC,
∴∠CPD=∠BCP=$\frac{1}{2}$α-30°,
∵∠BCP=∠BAP,
∴∠CPD=∠BAP=∠CAD=$\frac{1}{2}$α-30°,
∴∠PAD=∠BAC-∠BAP-∠CAD=α-($\frac{1}{2}$α-30°)-($\frac{1}{2}$α-30°)=60°
∵PD=AD,
∴△PAD是等边三角形
∴AP=AD,
在△BAP和△CAD中,$\left\{\begin{array}{l}{AP=AD}\\{∠BAP=∠CAD}\\{AB=AC}\end{array}\right.$,
∴△BAP≌△CAD,
∴BP=CD,
∴四边形BCDP是等腰梯形,
∴∠PBC=∠BCD,
∵∠PCD=∠ACD=$\frac{1}{2}$∠PCA=60°-$\frac{1}{2}$a
∵∠BCA=∠CBA=90°-$\frac{1}{2}$a
∴∠BCD=∠BCA-∠ACD=90°-$\frac{1}{2}$a-(60°-$\frac{1}{2}$a)=30°
∴∠PBC=∠BCD=30°,
(4)△ABC是等腰直角三角形
理由:由(3)知,∠BAP=$\frac{1}{2}$α-30°,∠PBC=30°,
∵PA=PB,
∴∠ABP=∠BAP=$\frac{1}{2}$α-30°,
∴∠ABC=∠ABP+∠PBC=$\frac{1}{2}$α-30°+30°=$\frac{1}{2}α$,
∵AB=AC,
∴∠ACB=∠ABC=$\frac{1}{2}$α,
在△ABC中,根据三角形的内角和得.α+$\frac{1}{2}$α+$\frac{1}{2}$α=180°,
∴α=90°,
∴∠BAC=90°
∴△ABC是等腰直角三角形.

点评 此题是三角形综合题,主要考查了全等三角形的判定和性质,等腰三角形的性质,角平分线的意义,三角形的内角和,等腰直角三角形的判定,关键在于熟练运用相关的性质定理,熟练角之间的数量转换,正确作出辅助线.

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