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解:​$①$​当点​$G_{落在边}AB$​上时, 如图,​$ $​以点​$F $​为圆心,​$ BF $​的长为半径画弧,
在靠近点​$A$​处交​$AD$​于点​$B',$​连接​$BB.$​作线段​$BB,$​的垂直平分线,
交​$AB$​于点​$G, $​则线段​$FG $​即为所求​$.$​连接​$BG,$​​$ BF,$​过点​$F_{作}FH⊥AD,$​垂足为​$H,$​
∴​$AH=BF=\frac {1}{2}BC=10, FH=AB=8. $​
由翻折过程可得​$BG=B'G, B'F=BF=10,$​
∴​$BH= \sqrt {B’F²−FH}= \sqrt {10²−8²}=6.$​
∴​$AB'=4.$​
∵​$ $​四边形​$ABCD$​为矩形​$,$​
∴​$∠A=∠ABC=90°. $​设​$BG=BG=x, $​则​$AG=8−x, $​
在​$Rt△AB$​{​$G_{中}, $​由勾股定理,​$ $​得​$AG²+AB²=B'G², $​即​$ (8−x)²+4²=x²,$​​$ $​解得​$x=5, $​
∴​$BG=5.$​∴​$FG=\sqrt {BG²+BF²}= \sqrt {5²+10²}= \sqrt {125}=5\sqrt{5} $​
​$②$​当点​$G_{落在边}AD$​上时, 如图,​$ $​以点​$F $​为圆心,​$ BF $​的长为半径画弧,
在靠近点​$D$​处交​$AD$​于点​$B,$​​$ $​连接​$BB',$​​$ $​作线段​$BB$​的垂直平分线,
交​$AD$​于点​$G, $​则线段​$FG $​即为所求​$. $​连接​$B'F,$​​$ BG,$​过点​$F_{作}FH⊥AD,$​垂足为​$H, $​
∴​$AH=BF=\frac {1}{2}BC=10,FH=AB=8. $​
由翻折过程可得​$BG=B'G, BF=BF=10, $​
∴​$ B'H= \sqrt {B'F²−FH²}= \sqrt {10²−82}=6.$​
∴​$AB'=AH+BH=16.$​
∵​$ $​四边形​$ABCD$​为矩形,
∴​$∠A=90°. $​设​$BG=B'G=x, $​则​$AG=16−x, $​
在​$Rt△ABG_{中}, $​由勾股定理,​$ $​得​$AB²+AG²=BG²,$​​$ $​即​$8²+ (16−x)²=x², $​解得​$x=6.$​
∴​$AG=6. $​
∴​$GH=AH−AG=4.$​
∴​$FG= \sqrt {FH+GH}= \sqrt {8²+4²}= \sqrt {80}=4\sqrt{5}. $​
综上所述,​$ FG $​的长为​$ 5\sqrt {5}$​或​$4 \sqrt {5}$​



【分析】
本题是矩形中的翻折问题,解题思路如下:
1. 先根据翻折的性质作出折痕:以F为圆心,BF长为半径画弧,在AD上找到B的对应点B',再作BB'的垂直平分线,与矩形的边交于点G,线段FG即为折痕;
2. 分两种情况讨论:折痕FG与AB交于G,或与AD交于G;
3. 每种情况中,先利用矩形的性质和勾股定理求出AB'的长度,再设未知线段为x,结合翻折后对应边相等的性质,用勾股定理建立方程求出x,最后再次利用勾股定理计算FG的长度。
【解析】
作图步骤(保留痕迹):
① 当点$G$落在边$AB$上时:以点$F$为圆心,$BF$的长为半径画弧,在靠近点$A$处交$AD$于点$B'$,连接$BB'$,作线段$BB'$的垂直平分线,交$AB$于点$G$,线段$FG$即为所求;
② 当点$G$落在边$AD$上时:以点$F$为圆心,$BF$的长为半径画弧,在靠近点$D$处交$AD$于点$B'$,连接$BB'$,作线段$BB'$的垂直平分线,交$AD$于点$G$,线段$FG$即为所求。
计算$FG$的长度:
情况1:点$G$落在$AB$上
连接$B'G$,$B'F$,过点$F$作$FH ⊥ AD$,垂足为$H$。
∵ 四边形$ABCD$是矩形,$F$为$BC$中点,$AB=8$,$BC=20$,
∴ $AH = BF = \frac{1}{2}BC = 10$,$FH = AB = 8$。
由翻折的性质可知:$BG = B'G$,$B'F = BF = 10$。
在$\mathrm{Rt}△B'FH$中,由勾股定理得:
$B'H = \sqrt{B'F^{2} - FH^{2}} = \sqrt{10^{2} - 8^{2}} = 6$,
∴ $AB' = AH - B'H = 10 - 6 = 4$。
设$BG = B'G = x$,则$AG = 8 - x$,
在$\mathrm{Rt}△AB'G$中,由勾股定理得:
$AG^{2} + AB'^{2} = B'G^{2}$,即$(8 - x)^{2} + 4^{2} = x^{2}$,
展开得:$64 - 16x + x^{2} + 16 = x^{2}$,
整理得:$16x = 80$,解得$x = 5$。
在$\mathrm{Rt}△BFG$中,由勾股定理得:
$FG = \sqrt{BG^{2} + BF^{2}} = \sqrt{5^{2} + 10^{2}} = \sqrt{125} = 5\sqrt{5}$。
情况2:点$G$落在$AD$上
连接$B'F$,$BG$,过点$F$作$FH ⊥ AD$,垂足为$H$。
同理可得:$AH = BF = 10$,$FH = AB = 8$,$B'F = BF = 10$。
在$\mathrm{Rt}△B'FH$中,$B'H = \sqrt{10^{2} - 8^{2}} = 6$,
∴ $AB' = AH + B'H = 10 + 6 = 16$。
设$BG = B'G = x$,则$AG = 16 - x$,
在$\mathrm{Rt}△ABG$中,由勾股定理得:
$AB^{2} + AG^{2} = BG^{2}$,即$8^{2} + (16 - x)^{2} = x^{2}$,
展开得:$64 + 256 - 32x + x^{2} = x^{2}$,
整理得:$32x = 320$,解得$x = 10$。
∴ $AG = 16 - 10 = 6$,$GH = AH - AG = 10 - 6 = 4$。
在$\mathrm{Rt}△FGH$中,由勾股定理得:
$FG = \sqrt{FH^{2} + GH^{2}} = \sqrt{8^{2} + 4^{2}} = \sqrt{80} = 4\sqrt{5}$。
综上所述,$FG$的长为$5\sqrt{5}$或$4\sqrt{5}$。
【答案】
$FG$的长为$\boldsymbol{5\sqrt{5}}$或$\boldsymbol{4\sqrt{5}}$(或$\sqrt{125}$或$\sqrt{80}$)
【知识点】
矩形的性质;翻折变换(折叠问题);勾股定理
【点评】
本题考查了矩形性质、翻折变换的性质与勾股定理的综合应用,解题的关键是考虑到折痕的两种位置情况,避免漏解,同时要熟练利用翻折的对应边相等性质,结合勾股定理建立方程求解未知线段。
【难度系数】
0.6
【分析】
本题是最短路径的作图问题,核心思路是利用“两点之间线段最短”,结合轴对称的性质,将折线型的路径转化为直线型路径来找到最短路径的点:
1. 对于(1):直线$ l $同侧有$ A $、$ B $两点,要找$ l $上一点$ P $使$ PA+PB $最短,根据轴对称,作其中一点关于直线$ l $的对称点,将同侧点转化为异侧,此时连接对称点与另一点,与直线的交点即为所求,因为对称后$ PA=PA' $,$ PA+PB=PA'+PB $,线段$ A'B $的长度就是最小值(两点之间线段最短)。
2. 对于(2):正方形的对角线$ BD $是对称轴,点$ A $关于$ BD $的对称点是$ C $,因此$ PA=PC $,那么$ PA+PE=PC+PE $,要使这个和最短,只需连接$ CE $,$ CE $与$ BD $的交点就是$ P $,此时$ PC+PE $的最小值为$ CE $的长度(两点之间线段最短)。
3. 对于(3):要使$ EM+MN+NA $最短,需分别将$ EM $和$ NA $转化为与$ MN $共线的线段,作$ E $关于$ BC $的对称点$ E' $,则$ EM=E'M $;作$ A $关于$ CD $的对称点$ A' $,则$ NA=NA' $,此时$ EM+MN+NA=E'M+MN+NA' $,当$ E' $、$ M $、$ N $、$ A' $四点共线时,这个和最短,所以连接$ E'A' $,与$ BC $、$ CD $的交点即为$ M $、$ N $。
【解析】
(1) 作图步骤:
① 作点$ A $关于直线$ l $的对称点$ A' $;
② 连接$ A'B $,交直线$ l $于点$ P $,点$ P $即为所求。
(2) 作图步骤:
① 利用正方形的对称性,正方形$ ABCD $中,点$ A $与点$ C $关于对角线$ BD $对称;
② 连接$ CE $,交$ BD $于点$ P $,点$ P $即为所求。
(3) 作图步骤:
① 作点$ E $关于$ BC $的对称点$ E' $;
② 作点$ A $关于$ CD $的对称点$ A' $;
③ 连接$ E'A' $,分别交$ BC $于点$ M $、交$ CD $于点$ N $,点$ M $、$ N $即为所求。
【答案】
(1) 作点$ A $关于直线$ l $的对称点$ A' $,连接$ A'B $交直线$ l $于点$ P $,点$ P $即为所求;
(2) 连接$ CE $交$ BD $于点$ P $,点$ P $即为所求(点$ A $关于$ BD $的对称点为点$ C $);
(3) 作点$ E $关于$ BC $的对称点$ E' $,作点$ A $关于$ CD $的对称点$ A' $,连接$ E'A' $分别交$ BC $于点$ M $、交$ CD $于点$ N $,点$ M $、$ N $即为所求。
【知识点】
轴对称的性质,两点之间线段最短,正方形的对称性
【点评】
本题考查最短路径问题的作图,核心是利用轴对称将折线路径转化为直线路径,结合“两点之间线段最短”的基本事实求解,需要理解对称点的作用,掌握常见对称图形的性质,培养转化思想。
【难度系数】
0.6