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证明:
延长$AF$至点$G,$使得$FG=AF,$连接$BG。$
$\because F$为$BE$的中点,$\therefore EF=BF。$
在$△ AFE$和$△ GFB$中,
$\begin{cases} AF=GF, \\ ∠ AFE=∠ GFB, \\ EF=BF, \end{cases}$
$\therefore △ AFE≌△ GFB。$
$\therefore ∠ EAF=∠ G,$$AE=GB。$
$\therefore AE// BG。$
$\therefore ∠ GBA + ∠ BAE = 180°。$
$\because ∠ BAC + ∠ EAD = 180°,$
$\therefore ∠ DAC + ∠ BAE = 180°。$
$\therefore ∠ GBA = ∠ DAC。$
$\because AD=AE,$
$\therefore BG=AD。$
在$△ GBA$和$△ DAC$中,
$\begin{cases} AB=CA, \\ ∠ GBA=∠ DAC, \\ BG=AD, \end{cases}$
$\therefore △ GBA≌△ DAC。$
$\therefore AG=CD。$
$\because AG=AF+FG=2AF,$
$\therefore CD=2AF。$


证明:
在$BC$上取一点$F,$使得$FB=AB,$连接$DF。$
$\because BD$平分$∠ ABC,$$∠ ABC=40°,$$\therefore ∠ ABD=∠ FBD=20°。$
在$△ ABD$和$△ FBD$中,
$\begin{cases} AB=FB, \\ ∠ ABD=∠ FBD, \\ BD=BD, \end{cases}$
$\therefore △ ABD≌△ FBD。$
$\therefore FD=AD,$$∠ BDF=∠ BDA=180°-∠ A-∠ ABD=60°。$
$\therefore$ 易得$∠ FDC=∠ BDA=∠ EDC=60°。$
$\because ED=AD,$
$\therefore ED=FD。$
在$△ EDC$和$△ FDC$中,
$\begin{cases} ED=FD, \\ ∠ EDC=∠ FDC, \\ DC=DC, \end{cases}$
$\therefore △ EDC≌△ FDC。$
$\therefore CE=CF。$
$\therefore BC=FB+CF=AB+CE。$
证明:
(1) $\because D$是$AB$的中点,$AC=BC,$$∠ ACB=90°,$
$\therefore CD⊥ AB,$$∠ ACD=∠ BCD=45°,$$∠ CAD=∠ CBD=45°。$
$\therefore ∠ CAE=∠ BCG。$
$\because BF⊥ CE,$$\therefore ∠ CBG+∠ BCF=90°。$
又$\because ∠ ACE+∠ BCF=90°,$
$\therefore ∠ ACE=∠ CBG。$
在$△ AEC$和$△ CGB$中,
$\begin{cases} ∠ CAE=∠ BCG, \\ AC=CB, \\ ∠ ACE=∠ CBG, \end{cases}$
$\therefore △ AEC≌△ CGB。$
$\therefore AE=CG。$
(2) 与$BE$相等的线段是$CM,$证明如下:
$\because AC=BC,$$∠ ACB=90°,$$D$是$AB$的中点,
$\therefore ∠ CAB=∠ CBA=45°,$$CD⊥ AB,$$∠ ACD=45°。$
$\because CH⊥ HM,$$\therefore ∠ M + ∠ MCH = 90°。$
又$\because CD⊥ AB,$$\therefore ∠ BEC + ∠ MCH = 90°。$
$\therefore ∠ M = ∠ BEC。$
在$△ BCE$和$△ CAM$中,
$\begin{cases} ∠ BEC=∠ M, \\ ∠ CBE=∠ ACM, \\ BC=CA, \end{cases}$
$\therefore △ BCE≌△ CAM。$
$\therefore BE=CM。$
【分析】要证明CD=2AF,已知F是BE的中点,可利用倍长中线法构造全等三角形,将线段AF延长至G,使FG=AF,连接BG,先通过SAS证明△AFE≌△GFB,得到AE=BG、AE//BG,进而推导角的关系,结合已知条件证明△GBA≌△DAC,将CD转化为AG,最终结合AG=2AF完成证明。
【解析】
1. 延长AF至点G,使得FG=AF,连接BG。
2. 因为F为BE的中点,所以EF=BF。在△AFE和△GFB中:
$\begin{cases} AF=GF \\ ∠AFE=∠GFB \\ EF=BF \end{cases}$
所以△AFE≌△GFB(SAS),因此∠EAF=∠G,AE=GB,故AE//BG,可得∠GBA + ∠BAE = 180°。
3. 已知∠BAC + ∠EAD = 180°,而∠DAC + ∠BAE = 360° - ∠BAC - ∠EAD = 180°,所以∠GBA=∠DAC。
4. 因为AD=AE,所以BG=AD。在△GBA和△DAC中:
$\begin{cases} AB=CA \\ ∠GBA=∠DAC \\ BG=AD \end{cases}$
所以△GBA≌△DAC(SAS),因此AG=CD。
5. 又AG=AF + FG=2AF,所以CD=2AF。
【答案】15. 如图,延长 AF 至点G,使得 FG=AF,连接 BG.
∵ F 为 BE的中点,
∴ EF=BF.在△AFE 和△GFB 中,$\begin{cases} AF=GF,\\ ∠AFE=∠GFB,\\ EF=BF, \end{cases}$
∴ △AFE≌△GFB.
∴ ∠EAF=∠G,AE=GB.
∴ AE//BG.
∴ ∠GBA + ∠BAE = 180°.
∵ ∠BAC + ∠EAD = 180°,
∴ ∠DAC+∠BAE=180°.
∴ ∠GBA=∠DAC.
∵ AD=AE,
∴ BG = AD. 在 △GBA 和 △DAC 中,$\begin{cases} AB=CA,\\ ∠GBA=∠DAC,\\ BG=AD, \end{cases}$
∴ △GBA≌△DAC.
∴ AG=CD.
∵ AG=AF+FG=2AF,
∴ CD=2AF

【知识点】全等三角形判定、倍长中线法
【点评】本题通过倍长中线构造全等三角形,将线段倍分关系转化为等量关系,是解决此类问题的典型方法,需熟练运用全等判定定理与角的和差关系。
【难度系数】0.5
【分析】
要证明线段和差关系$BC=AB+CE$,可采用截长补短法,在较长线段$BC$上截取一段等于较短线段$AB$,再证明剩余线段等于$CE$,通过两次三角形全等完成线段转化。具体思路:先在$BC$上取$FB=AB$,利用角平分线和公共边证明$△ ABD ≌ △ FBD$,得到$FD=AD$及相关角度;再结合$ED=AD$,得到$FD=ED$,证明$△ EDC ≌ △ FDC$,从而将$CE$转化为$CF$,最终推导出$BC=AB+CE$。
【解析】
证明:在$BC$上取一点$F$,使得$FB=AB$,连接$DF$。
$\because BD$平分$∠ ABC$,$∠ ABC=40°$,
$\therefore ∠ ABD = ∠ FBD = 20°$。
在$△ ABD$和$△ FBD$中,
$\begin{cases}AB = FB, \\∠ ABD = ∠ FBD, \\BD = BD,\end{cases}$
$\therefore △ ABD ≌ △ FBD$(SAS)。
$\therefore FD = AD$,$∠ BDF = ∠ BDA$。
$\because ∠ A=100°$,
$\therefore ∠ BDA = 180° - ∠ A - ∠ ABD = 180° - 100° - 20° = 60°$,
$\therefore ∠ BDF = 60°$,
$\therefore ∠ FDC = ∠ BDC - ∠ BDF = (180° - ∠ BDA) - ∠ BDF = 120° - 60° = 60°$,
又$\because ∠ EDC = ∠ BDA = 60°$(对顶角相等),
$\therefore ∠ EDC = ∠ FDC = 60°$。
$\because ED = AD$,
$\therefore ED = FD$。
在$△ EDC$和$△ FDC$中,
$\begin{cases}ED = FD, \\∠ EDC = ∠ FDC, \\DC = DC,\end{cases}$
$\therefore △ EDC ≌ △ FDC$(SAS)。
$\therefore CE = CF$。
$\because BC = FB + CF$,
$\therefore BC = AB + CE$。
【答案】
16. 如图, 在 BC 上取一点 F,使得 FB=AB,连接 DF.
∵ BD平分∠ABC,∠ABC = 40°,
∴ ∠ABD = ∠FBD = 20°. 在△ABD 和△FBD 中,$\begin{cases} AB=FB,\\ ∠ABD=∠FBD,\\ BD=BD, \end{cases}$
∴ △ABD≌△FBD.
∴ FD=AD,∠BDF=∠BDA=180°-∠A-∠ABD=60°.
∴ 易得∠FDC=∠BDA=∠EDC=60°.
∵ ED=AD,
∴ ED=FD. 在△EDC 和△FDC 中,$\begin{cases} ED=FD,\\ ∠EDC=∠FDC,\\ DC=DC, \end{cases}$
∴ △EDC≌△FDC.
∴ CE=CF.
∴ BC=FB+CF=AB+CE

【知识点】
全等三角形判定与性质、截长补短法、三角形内角和
【点评】
本题是证明线段和差关系的典型题型,通过截长补短法构造全等三角形,将待证的线段和差转化为相等线段,关键在于辅助线的合理构造和两次全等的推导,对几何逻辑推理能力有一定要求。
【难度系数】
0.4
【分析】
本题是等腰直角三角形背景下的线段相等证明问题,核心是利用等腰直角三角形的性质推导角度关系,再通过全等三角形的判定证明线段相等。
(1) 对于第(1)问,先根据等腰直角三角形斜边中点的性质,得到CD垂直AB且平分∠ACB,从而得到∠CAE=∠BCG=45°;再结合BF⊥CE,利用同角的余角相等推出∠ACE=∠CBG,进而用ASA证明△AEC≌△CGB,即可得AE=CG。
(2) 对于第(2)问,同样利用等腰直角三角形的性质得到∠CBE=∠ACM=45°,再结合AH⊥CE和CD⊥AB,推出∠M=∠BEC,用ASA证明△BCE≌△CAM,从而得到BE=CM。
【解析】
(1) 证明:
∵ AC=BC,∠ACB=90°,D是AB中点,
∴ CD⊥AB,∠ACD=∠BCD=45°,∠CAD=∠CBD=45°,
∴ ∠CAE=∠BCG=45°。
∵ BF⊥CE,
∴ ∠CBG+∠BCF=90°,

∵ ∠ACE+∠BCF=90°,
∴ ∠ACE=∠CBG。
在△AEC和△CGB中,
$\begin{cases}∠CAE=∠BCG, \\AC=CB, \\∠ACE=∠CBG,\end{cases}$
∴ △AEC≌△CGB(ASA),
∴ AE=CG。
(2) 解:与BE相等的线段是CM,证明如下:
∵ AC=BC,∠ACB=90°,D是AB中点,
∴ ∠CAB=∠CBA=45°,CD⊥AB,∠ACD=45°,
∴ ∠CBE=∠ACM=45°。
∵ AH⊥CE,
∴ ∠M + ∠MCH=90°,

∵ CD⊥AB,
∴ ∠BEC + ∠MCH=90°,
∴ ∠M=∠BEC。
在△BCE和△CAM中,
$\begin{cases}∠BEC=∠M, \\∠CBE=∠ACM, \\BC=CA,\end{cases}$
∴ △BCE≌△CAM(ASA),
∴ BE=CM。
【答案】
(1) 证明成立,AE=CG;
(2) BE=CM。
【知识点】
等腰直角三角形性质、全等三角形的判定(ASA)
【点评】
本题以等腰直角三角形为载体,考查全等三角形的判定与性质,解题关键是利用等腰直角三角形的角度特征推导相等角,进而构造全等三角形,属于中等难度的几何证明题,注重对几何逻辑推理能力的考查。
【难度系数】
0.5