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(1)证明:
∵四边形ABCD是菱形,
∴AB=AD,∠B=∠D,AB=BC=CD=AD。
∵AE⊥BC,AF⊥CD,
∴∠AEB=∠AFD=90°。在△ABE和△ADF中,∠AEB=∠AFD,∠B=∠D,AB=AD,
∴△ABE≌△ADF(AAS)。
(2)解:设菱形ABCD的边长为x,则CD=x,
∵CF=2,
∴DF=CD - CF=x - 2。
∵AF⊥CD,
∴在Rt△ADF中,AF²=AD² - DF²=x² - (x - 2)²=4x - 4。
∵菱形面积=BC·AE=CD·AF,AE=4,
∴x·4=x·AF,
∴AF=4。
∴4x - 4=4²,即4x=20,解得x=5。
∴菱形ABCD的边长为5。
​$ (1)$​证明:
∵四边形​$ABCD$​是菱形,
∴对角线​$AC、$​​$BD$​互相平分且垂直,
∴​$OD=OB,$​​$∠AOB=90°。$​
∵​$DH⊥AB,$​
∴​$△DHB$​是直角三角形。
∵​$O$​是​$BD$​中点,
∴​$OH$​是​$Rt△DHB$​斜边​$BD$​上的中线,
∴​$OH=OD($​直角三角形斜边中线等于斜边一半​$),$​
∴​$∠OHD=∠ODH。$​
​$(2)$​解:
∵四边形​$ABCD$​是菱形,
∴​$OA=OC=4,$​​$AC⊥BD,$​
∴​$AC=8,$​​$BD=6,$​​$OD=BD/2=3。$​
在​$Rt△AOD$​中,​$AD=\sqrt (OA² + OD²)=\sqrt (4² + 3²)=5。$​
菱形面积​$=AC·BD/2=8×\frac {6}{2}=24,$​
又菱形面积​$=AB·DH,$​​$AB=AD=5,$​
∴​$5·DH=24,$​
∴​$DH=\frac {24}{5}。$​
​$ \sqrt {3}$​
​$ \frac {26}{7}$​
解:​$ (1) $​如图,连接​$FN,$​作​$MQ⊥F_{B},$​垂足为​$ Q,$​
则​$∠MQF=90°,$​​$∠MQF=∠A。$​
∵​$ $​四边形​$EFMN $​是菱形,
∴​$EN=FM,$​​$EN//FM。$​
∴​$∠ENF=∠NFM。$​
∵​$ $​在矩形​$ABCD $​中,​$DC//AB,$​
∴​$∠DNF=∠NFQ。$​
∴​$∠DNF-∠ENF=∠NFQ-∠NFM,$​即​$∠DNE=∠MFQ$​
​$(2) $​∵​$∠D=∠FQM=90°,$​
​$∠DNE=∠MFQ,$​​$NE=FM,$​
∴​$∆DNE≌∆QFM(\mathrm {AAS}),$​
∴​$MQ=DE=2。$​
∵​$AB=7,$​​$AF=x,$​
∴​$S_{∆F_{B}M}=\frac 12×F B×MQ=\frac 12×(7-x)×2=7-x。$​
∴​$S $​关于​$x$​的函数表达式为​$s=7-x$​
​$(3) $​当点​$N$​与​$D$​重合时,​$x$​的值最小,​$∆BFM$​的面积最大,
在​$Rt∆AEF_{中},$​​$x=\sqrt {2^2-1^2}=\sqrt 3,$​​$S $​的最大值是​$7-\sqrt 3;$​
当点​$M$​在​$BC$​上时,​$S $​的值最小,
此时​$FM=\sqrt {x^2+1},$​​$BM=2,$​​$F_{B}=7-x,$​
在​$Rt∆F_{B}M$​中,
根据勾股定理,得​$x^2+1=4+(7-x)^2,$​
解得​$x=\frac {26}7,$​
​$S $​的最小值是​$\frac {23}7$​

【分析】
(1)要证明$△ABE≌△ADF$,先根据菱形的性质得出$AB=AD$,$∠B=∠D$;再由垂直的定义得到$∠AEB=∠AFD=90°$,最后利用AAS全等判定定理即可完成证明。
(2)要求菱形的边长,可设边长为$x$,利用(1)的全等结论得到$BE=DF$,结合$CF=2$表示出$BE=x-2$;在$Rt△ABE$中,已知$AE=4$,根据勾股定理列出关于$x$的方程,解方程即可求出边长。
【解析】
(1)证明:
∵ 四边形$ABCD$是菱形,
∴ $AB = AD$,$∠B = ∠D$.
∵ $AE ⊥ BC$,$AF ⊥ CD$,
∴ $∠AEB = ∠AFD = 90°$.
在$△ABE$和$△ADF$中,
$\{\begin{array}{l}∠AEB = ∠AFD,\\∠B = ∠D,\\AB = AD,\end{array} $
∴ $△ABE ≌ △ADF$(AAS).
(2)解:设菱形$ABCD$的边长为$x$,则$AB = CD = x$.
∵ $CF = 2$,
∴ $DF = CD - CF = x - 2$.
由(1)知$△ABE ≌ △ADF$,
∴ $BE = DF = x - 2$.
在$Rt△ABE$中,$AE⊥BC$,根据勾股定理:
$AE^2 + BE^2 = AB^2$,
将$AE=4$,$BE=x-2$,$AB=x$代入得:
$4^2 + (x - 2)^2 = x^2$,
展开得:$16 + x^2 - 4x + 4 = x^2$,
化简得:$20 - 4x = 0$,
解得:$x = 5$.
即菱形$ABCD$的边长为5。
【答案】
(1)证明见上述解析;(2)菱形$ABCD$的边长为$\boldsymbol{5}$。
【知识点】
菱形的性质,全等三角形的判定(AAS),勾股定理
【点评】
本题综合考查菱形的性质、全等三角形的判定与性质以及勾股定理的应用,第一问依托菱形性质结合AAS完成全等证明,第二问通过设未知数,借助全等结论和勾股定理构建方程求解,体现了方程思想在几何计算中的应用,需熟练掌握相关几何定理与思想方法。
【难度系数】
0.6
【分析】
(1)要证明∠OHD=∠ODH,先根据菱形的性质得出OD=OB,结合DH⊥AB,在Rt△DHB中,OH是斜边BD的中线,可得OH=OD,再根据等边对等角即可证得结论。
(2)要求DH的长,先利用菱形对角线互相平分且垂直的性质求出OD、OC的长度,通过勾股定理求出菱形的边长AB,再利用菱形面积的两种计算方法(对角线乘积的一半、底乘高)建立等式,进而求解DH的长度。
【解析】
(1)证明:
∵ 四边形$ABCD$是菱形,
∴ $OD = OB$,$BD ⊥ AC$.
∵ $DH ⊥ AB$,
∴ $∠DHB = 90°$,
∴ 在$Rt△DHB$中,$OH$为斜边$BD$的中线,
∴ $OH = \frac{1}{2}BD = OD$,
∴ $∠OHD = ∠ODH$.
(2)解:
∵ 四边形$ABCD$是菱形,
∴ $OD = OB = \frac{1}{2}BD = \frac{1}{2}×6 = 3$,$OA = OC = 4$,$BD ⊥ AC$,$AB = CD$,
在$Rt△OCD$中,由勾股定理得:
$CD = \sqrt{OC^2 + OD^2} = \sqrt{4^2 + 3^2} = 5$,
∴ $AB = 5$,
∵ 菱形$ABCD$的面积$S = \frac{1}{2}AC·BD = AB·DH$,且$AC = 2OC = 8$,
∴ $\frac{1}{2}×8×6 = 5×DH$,
解得:$DH = \frac{24}{5}$.
【答案】
(1)证明见上述解析;(2)$\boldsymbol{\frac{24}{5}}$
【知识点】
菱形的性质,直角三角形斜边中线定理,勾股定理
【点评】
本题综合考查菱形的性质与直角三角形的相关定理,第一问通过直角三角形斜边中线性质转化线段关系证角相等,第二问利用面积法建立等式求高,需灵活运用菱形的性质和面积公式,培养转化思想。
【难度系数】
0.6
【分析】
(1) 要证明$∠DNE=∠MFB$,可借助菱形和矩形的平行线性质推导:菱形对边平行可得内错角相等,矩形对边平行也可得内错角相等,用这两组角分别相减即可得到待证角相等。
(2) 求$△BFM$的面积,关键是确定其高。通过构造垂线$MQ⊥FB$,证明$△DNE$与$△QFM$全等,得到高$MQ=DE$,再结合底$FB$的长度,利用三角形面积公式即可得出函数表达式。
(3) 由$S=7-x$可知$S$随$x$的增大而减小,因此$x$取最小值时$S$最大,$x$取最大值时$S$最小。当$N$与$D$重合时$x$最小,利用勾股定理计算此时的$AF$;当$M$在$BC$上时$x$最大,利用菱形边长相等和勾股定理列方程求解$x$。
【解析】
(1) 证明:
连接 $FN$,过点 $M$ 作 $MQ ⊥ AB$ 于点 $Q$,则 $∠MQF = 90°$。
∵ 四边形 $EFMN$ 是菱形,
∴ $EN // FM$,
∴ $∠ENF = ∠NFM$。
∵ 四边形 $ABCD$ 是矩形,
∴ $DC // AB$,
∴ $∠DNF = ∠NFQ$。
∴ $∠DNF - ∠ENF = ∠NFQ - ∠NFM$,
即 $\boldsymbol{∠DNE = ∠MFB}$。
(2) 解:
∵ 四边形 $ABCD$ 是矩形,
∴ $∠D = 90°$,$AD = BC = 3$。
∵ $AE = 1$,
∴ $DE = AD - AE = 3 - 1 = 2$。
在 $△DNE$ 和 $△QFM$ 中:
$\begin{cases}∠D = ∠FQM = 90° \\∠DNE = ∠MFQ \\NE = FM\end{cases}$
∴ $△DNE ≌ △QFM$(AAS),
∴ $MQ = DE = 2$。
∵ $AB = 7$,$AF = x$,
∴ $FB = AB - AF = 7 - x$。
则 $S_{△BFM} = \frac{1}{2} · FB · MQ = \frac{1}{2} × (7 - x) × 2 = 7 - x$。
结合$x$的取值范围,得 $S$ 关于 $x$ 的函数表达式为:
$\boldsymbol{S = 7 - x}$($\boldsymbol{\sqrt{3} ≤ x ≤ \frac{26}{7}}$)。
(3) 解:
∵ $S = 7 - x$ 是一次函数,且 $k = -1 < 0$,
∴ $S$ 随 $x$ 的增大而减小。
① 当点 $N$ 与 $D$ 重合时,$x$ 最小:
此时 $EF = DE = 2$,在 $Rt△AEF$ 中,由勾股定理得:
$AF = \sqrt{EF^2 - AE^2} = \sqrt{2^2 - 1^2} = \sqrt{3}$,
即 $x = \sqrt{3}$ 时,$S$ 取得最大值。
② 当点 $M$ 在 $BC$ 上时,$x$ 最大:
此时 $FM = EF = \sqrt{x^2 + 1}$,$FB = 7 - x$,$BM = 2$,
在 $Rt△FBM$ 中,由勾股定理得:
$FM^2 = BM^2 + FB^2$,
即 $x^2 + 1 = 2^2 + (7 - x)^2$,
展开得:$x^2 + 1 = 4 + 49 - 14x + x^2$,
化简得:$14x = 52$,解得 $x = \frac{26}{7}$,
即 $x = \frac{26}{7}$ 时,$S$ 取得最小值。
【答案】
(1) 证明见解析;
(2) $S = 7 - x$($\sqrt{3} ≤ x ≤ \frac{26}{7}$);
(3) $\sqrt{3}$,$\frac{26}{7}$
【知识点】
矩形的性质、菱形的性质、全等三角形判定与性质
【点评】
本题综合考查矩形、菱形的性质,全等三角形的判定与性质,一次函数的性质及勾股定理的应用,解题关键是通过构造辅助线建立角和边的等量关系,结合函数性质分析最值情况,对几何图形的性质综合运用能力要求较高。
【难度系数】
0.6