專題17 等腰、等邊三角形問題
一、等腰三角形
1. 定義:兩邊相等的三角形叫做等腰三角形,其中相等的兩條邊叫腰,第三條邊叫底邊,兩腰的夾角叫頂角,底邊和腰的夾角叫底角.
2.等腰三角形的性質(zhì)
性質(zhì)1:等腰三角形的兩個底角相等(簡稱“等邊對等角”).
性質(zhì)2:等腰三角形的頂角平分線、底邊上的高、底邊上的中線互相重合(簡稱“三線合一”).
3.等腰三角形的性質(zhì)的作用
性質(zhì)1證明同一個三角形中的兩角相等.是證明角相等的一個重要依據(jù).
性質(zhì)2用來證明線段相等,角相等,垂直關(guān)系等.
4.等腰三角形是軸對稱圖形
等腰三角形底邊上的高(頂角平分線或底邊上的中線)所在直線是它的對稱軸,通常情況只有一條對稱軸.
5.等腰三角形的判定
如果一個三角形中有兩個角相等,那么這兩個角所對的邊也相等(簡稱“等角對等邊”).
??? 要點詮釋:等腰三角形的判定是證明兩條線段相等的重要定理,是將三角形中的角的相等關(guān)系轉(zhuǎn)化為邊的相等關(guān)系的重要依據(jù).等腰三角形的性質(zhì)定理和判定定理是互逆定理.
二、等邊三角形
1. 定義:三邊都相等的三角形叫等邊三角形.
2. 性質(zhì)
性質(zhì)1:等邊三角形的三個內(nèi)角都相等,并且每一個角都等于60°;
性質(zhì)2:等邊三角形是軸對稱圖形,并且有三條對稱軸,分別為三邊的垂直平分線。
3.判定
(1) 三個角都相等的三角形是等邊三角形;
(2) 有一個角是60°的等腰三角形是等邊三角形;
(3) 有兩個角是60°的三角形是等邊三角形。
三、含30的直角三角形的性質(zhì)
在直角三角形中,如果有一個銳角等于30°,那么它對的等于的一半.
四、解題方法要領(lǐng)
1.等腰(邊)三角形是一個特殊的三角形,具有較多的特殊性質(zhì),有時幾何圖形中不存在
等腰(邊)三角形,可根據(jù)已知條件和圖形特征,適當添加輔助線,使之構(gòu)成等腰(邊)三角形,然后利用其定義和有關(guān)性質(zhì),快捷地證出結(jié)論。
2.常用的輔助線有:(1)作頂角的平分線、底邊上的高線、中線。(2)在三角形的中線問
題上,我們常將中線延長一倍,這樣添輔助線有助于我們解決有關(guān)中線的問題。
3.分類討論是等腰三角形問題中常用的思想方法,在已知等腰三角形的邊和角的情況下求其他三角形的邊或角,要對已知的邊和角進行討論,分類的標準一般是根據(jù)邊是腰還是底來分類。
【例題1】(2019?重慶)如圖,在△ABC中,AB=AC,D是BC邊上的中點,連結(jié)AD,BE平分∠ABC交AC于點E,過點E作EF∥BC交AB于點F.
(1)若∠C=36°,求∠BAD的度數(shù);
(2)求證:FB=FE.
【答案】見解析。
【解析】(1)∵AB=AC,∴∠C=∠ABC,
∵∠C=36°,∴∠ABC=36°,
∵BD=CD,AB=AC,
∴AD⊥BC,∴∠ADB=90°,∴∠BAD=90°﹣36°=54°.
(2)證明:∵BE平分∠ABC,
∴∠ABE=∠CBE=∠ABC,
∵EF∥BC,∴∠FEB=∠CBE,
∴∠FBE=∠FEB,∴FB=FE.
【例題2】(2019?黑龍江哈爾濱)如圖,在四邊形ABCD中,AB=AD,BC=DC,∠A=60°,點E為AD邊上一點,連接BD.CE,CE與BD交于點F,且CE∥AB,若AB=8,CE=6,則BC的長為 ?? ?。?
【答案】2
【解析】連接AC交BD于點O,由題意可證AC垂直平分BD,△ABD是等邊三角形,可得∠BAO=∠DAO=30°,AB=AD=BD=8,BO=OD=4,通過證明△EDF是等邊三角形,可得DE=EF=DF=2,由勾股定理可求OC,BC的長.如圖,連接AC交BD于點O
∵AB=AD,BC=DC,∠A=60°,
∴AC垂直平分BD,△ABD是等邊三角形
∴∠BAO=∠DAO=30°,AB=AD=BD=8,BO=OD=4
∵CE∥AB
∴∠BAO=∠ACE=30°,∠CED=∠BAD=60°
∴∠DAO=∠ACE=30°
∴AE=CE=6,∴DE=AD﹣AE=2
∵∠CED=∠ADB=60°
∴△EDF是等邊三角形,∴DE=EF=DF=2
∴CF=CE﹣EF=4,OF=OD﹣DF=2
∴OC==2
∴BC==2
【例題3】(2019?黃石)如圖,在△ABC中,∠B=50°,CD⊥AB于點D,∠BCD和∠BDC的角平分線相交于點E,F(xiàn)為邊AC的中點,CD=CF,則∠ACD+∠CED=( )
A.125°?B.145°?C.175°?D.190°
【答案】C
【解析】根據(jù)直角三角形的斜邊上的中線的性質(zhì),即可得到△CDF是等邊三角形,進而得到∠ACD=60°,根據(jù)∠BCD和∠BDC的角平分線相交于點E,即可得出∠CED=115°,即可得到∠ACD+∠CED=60°+115°=175°.
∵CD⊥AB,F(xiàn)為邊AC的中點,
∴DF=AC=CF,
又∵CD=CF,
∴CD=DF=CF,
∴△CDF是等邊三角形,
∴∠ACD=60°,
∵∠B=50°,
∴∠BCD+∠BDC=130°,
∵∠BCD和∠BDC的角平分線相交于點E,
∴∠DCE+∠CDE=65°,
∴∠CED=115°,
∴∠ACD+∠CED=60°+115°=175°,
故選:C.
一、選擇題
1.(2019寧夏) 如圖,在△ABC中,,點D和E分別在AB和AC上,且.連接DE,過點A的直線GH與DE平行,若,則的度數(shù)為(???? ).
A.?????????????? B.?????????????? C.???????????? D.?
???
【答案】C
【解析】】平行線的性質(zhì)、等腰三角形的性質(zhì).
因為,所以,因為,所以,因為,所以,故本題正確選項為C.
2.(2019?浙江衢州)“三等分角”大約是在公元前五世紀由古希臘人提出來的。借助如圖所示的“三等分角儀”能三等分任一角。這個三等分角儀由兩根有槽的棒OA,OB組成,兩根棒在O點相連并可繞O轉(zhuǎn)動,C點固定,OC=CD=DE,點D,E可在槽中滑動,若∠BDE=75°,則∠CDE的度數(shù)是( ?? ?)?
?
A.?60°??????????????????????????????B.?65°???????????????????????????C.?75°????????????????????????????????D.?80°
【答案】 D??
【解析】考點是三角形內(nèi)角和定理,三角形的外角性質(zhì),等腰三角形的性質(zhì) 。??
∵OC=CD=DE,
∴∠O=∠ODC,∠DCE=∠DEC,
設(shè)∠O=∠ODC=x,
∴∠DCE=∠DEC=2x,
∴∠CDE=180°-∠DCE-∠DEC=180°-4x,
∵∠BDE=75°,
∴∠ODC+∠CDE+∠BDE=180°,
即x+180°-4x+75°=180°,
解得:x=25°,
∠CDE=180°-4x=80°.
3.(2019?湖南長沙)如圖,Rt△ABC中,∠C=90°,∠B=30°,分別以點A和點B為圓心,大于AB的長為半徑作弧,兩弧相交于M、N兩點,作直線MN,交BC于點D,連接AD,則∠CAD的度數(shù)是( )
A.20°????? B.30°????? C.45°?? D.60°
【答案】B
【解析】在△ABC中,∵∠B=30°,∠C=90°,
∴∠BAC=180°﹣∠B﹣∠C=60°,
由作圖可知MN為AB的中垂線,
∴DA=DB,
∴∠DAB=∠B=30°,
∴∠CAD=∠BAC﹣∠DAB=30°
4.(2019?湖南長沙)如圖,△ABC中,AB=AC=10,tanA=2,BE⊥AC于點E,D是線段BE上的一個動點,則CD+BD的最小值是( ?。?
A.2?B.4?C.5?D.10
【答案】B
【解析】如圖,作DH⊥AB于H,CM⊥AB于M.由tanA==2,設(shè)AE=a,BE=2a,利用勾股定理構(gòu)建方程求出a,再證明DH=BD,推出CD+BD=CD+DH,由垂線段最短即可解決問題.
如圖,作DH⊥AB于H,CM⊥AB于M.
∵BE⊥AC,∴∠ABE=90°,
∵tanA==2,設(shè)AE=a,BE=2a,
則有:100=a2+4a2,∴a2=20,
∴a=2或﹣2(舍棄),∴BE=2a=4,
∵AB=AC,BE⊥AC,CM⊥AC,
∴CM=BE=4(等腰三角形兩腰上的高相等))
∵∠DBH=∠ABE,∠BHD=∠BEA,
∴sin∠DBH===,∴DH=BD,
∴CD+BD=CD+DH,
∴CD+DH≥CM,∴CD+BD≥4,
∴CD+BD的最小值為4.
5.(2019?湖南邵陽)如圖,在Rt△ABC中,∠BAC=90°,∠B=36°,AD是斜邊BC上的中線,將△ACD沿AD對折,使點C落在點F處,線段DF與AB相交于點E,則∠BED等于( )
A.120°?B.108°?C.72°?D.36°
【答案】B
【解析】根據(jù)三角形內(nèi)角和定理求出∠C=90°﹣∠B=54°.由直角三角形斜邊上的中線的性質(zhì)得出AD=BD=CD,利用等腰三角形的性質(zhì)求出∠BAD=∠B=36°,∠DAC=∠C=54°,利用三角形內(nèi)角和定理求出∠ADC=180°﹣∠DAC﹣∠C=72°.再根據(jù)折疊的性質(zhì)得出∠ADF=∠ADC=72°,然后根據(jù)三角形外角的性質(zhì)得出∠BED=∠BAD+∠ADF=108°.
∵在Rt△ABC中,∠BAC=90°,∠B=36°,
∴∠C=90°﹣∠B=54°.
∵AD是斜邊BC上的中線,
∴AD=BD=CD,
∴∠BAD=∠B=36°,∠DAC=∠C=54°,
∴∠ADC=180°﹣∠DAC﹣∠C=72°.
∵將△ACD沿AD對折,使點C落在點F處,
∴∠ADF=∠ADC=72°,
∴∠BED=∠BAD+∠ADF=36°+72°=108°.
二、填空題
6.(2019?湖南懷化)若等腰三角形的一個底角為72°,則這個等腰三角形的頂角為 ?。?br />
【答案】36°.
【解析】根據(jù)等腰三角形的性質(zhì)和三角形的內(nèi)角和即可得到結(jié)論.
∵等腰三角形的一個底角為72°,
∴等腰三角形的頂角=180°﹣72°﹣72°=36°
7.(2019?湖南邵陽)如圖,將等邊△AOB放在平面直角坐標系中,點A的坐標為(4,0),點B在第一象限,將等邊△AOB繞點O順時針旋轉(zhuǎn)180°得到△A′OB′,則點B′的坐標是 ?。?
【答案】(﹣2,﹣2).
【解析】作BH⊥y軸于H,如圖,利用等邊三角形的性質(zhì)得到OH=AH=2,∠BOA=60°,再計算出BH,從而得到B點坐標為(2,2),然后根據(jù)關(guān)于原點對稱的點的坐標特征求出點B′的坐標.
作BH⊥y軸于H,如圖,
∵△OAB為等邊三角形,
∴OH=AH=2,∠BOA=60°,
∴BH=OH=2,
∴B點坐標為(2,2),
∵等邊△AOB繞點O順時針旋轉(zhuǎn)180°得到△A′OB′,
∴點B′的坐標是(﹣2,﹣2).
故答案為(﹣2,﹣2).
8.(2019?湖北天門)如圖,為測量旗桿AB的高度,在教學樓一樓點C處測得旗桿頂部的仰角為60°,在四樓點D處測得旗桿頂部的仰角為30°,點C與點B在同一水平線上.已知CD=9.6m,則旗桿AB的高度為 ?? m.
【答案】14.4.
【解析】作DE⊥AB于E,如圖所示:
則∠AED=90°,四邊形BCDE是矩形,
∴BE=CD=9.6m,∠CDE=∠DEA=90°,
∴∠ADC=90°+30°=120°,
∵∠ACB=60°,∴∠ACD=30°,
∴∠CAD=30°=∠ACD,∴AD=CD=9.6m,
在Rt△ADE中,∠ADE=30°,
∴AE=AD=4.8m,
∴AB=AE+BE=4.8m+9.6m=14.4m
9.(2019?貴州畢節(jié))如圖,以△ABC的頂點B為圓心,BA長為半徑畫弧,交BC邊于點D,連接AD.若∠B=40°,∠C=36°,則∠DAC的大小為 ??? ?。?
【答案】34°.
【解析】根據(jù)三角形的內(nèi)角和得出∠BAC=180°﹣∠B﹣∠C=104°,根據(jù)等腰三角形兩底角相等得出∠BAD=∠ADB=(180°﹣∠B)÷2=70°,進而根據(jù)角的和差得出∠DAC=∠BAC﹣∠BAD=34°.
∵∠B=40°,∠C=36°,
∴∠BAC=180°﹣∠B﹣∠C=104°
∵AB=BD
∴∠BAD=∠ADB=(180°﹣∠B)÷2=70°,
∴∠DAC=∠BAC﹣∠BAD=34°
10. (2019?湖北武漢)如圖,在?ABCD中,E.F是對角線AC上兩點,AE=EF=CD,∠ADF=90°,∠BCD=63°,則∠ADE的大小為 ?? .
【答案】21°.
【解析】設(shè)∠ADE=x,由等腰三角形的性質(zhì)和直角三角形得出∠DAE=∠ADE=x,DE=AF=AE=EF,得出DE=CD,證出∠DCE=∠DEC=2x,由平行四邊形的性質(zhì)得出∠DCE=∠BCD﹣∠BCA=63°﹣x,得出方程,解方程即可.
設(shè)∠ADE=x,
∵AE=EF,∠ADF=90°,
∴∠DAE=∠ADE=x,DE=AF=AE=EF,
∵AE=EF=CD,
∴DE=CD,
∴∠DCE=∠DEC=2x,
∵四邊形ABCD是平行四邊形,
∴AD∥BC,
∴∠DAE=∠BCA=x,
∴∠DCE=∠BCD﹣∠BCA=63°﹣x,
∴2x=63°﹣x,
解得:x=21°,
即∠ADE=21°.
11.(2019黑龍江綏化)如圖,在△ABC中,AB=AC,點D在AC上,且BD=BC=AD,則∠A=______度.
【答案】16
【解析】∵BD=AD,設(shè)∠A=∠ABD=x,∴∠BDC=2x,∵BD=BC,∴∠C=∠BDC=2x,∵AB=AC,∴∠ABC=∠C=2x,∴x+2x+2x=180°,∴x=36°.
三、解答題
12.(2019湖北孝感)如圖,已知∠C=∠D=90°,BC與AD交于點E,AC=BD,求證:AE=BE.
【答案】見解析。
【解析】由HL證明Rt△ACB≌Rt△BDA得出∠ABC=∠BAD,由等腰三角形的判定定理即可得出結(jié)論.
證明:∵∠C=∠D=90°,
∴△ACB和△BDA是直角三角形,
在Rt△ACB和Rt△BDA中,,
∴Rt△ACB≌Rt△BDA(HL),
∴∠ABC=∠BAD,
∴AE=BE.
13.(2019?杭州)如圖,在△ABC中,AC<AB<BC.
(1)已知線段AB的垂直平分線與BC邊交于點P,連接AP,求證:∠APC=2∠B.
(2)以點B為圓心,線段AB的長為半徑畫弧,與BC邊交于點Q,連接AQ.若∠AQC=3∠B,求∠B的度數(shù).
【答案】見解析。
【解析】(1)證明:∵線段AB的垂直平分線與BC邊交于點P,
∴PA=PB,∴∠B=∠BAP,
∵∠APC=∠B+∠BAP,∴∠APC=2∠B;
(2)根據(jù)題意可知BA=BQ,∴∠BAQ=∠BQA,
∵∠AQC=3∠B,∠AQC=∠B+∠BAQ,∴∠BQA=2∠B,
∵∠BAQ+∠BQA+∠B=180°,
∴5∠B=180°,∴∠B=36°.
14.(2019?重慶)如圖,在△ABC中,AB=AC,AD⊥BC于點D.
(1)若∠C=42°,求∠BAD的度數(shù);
(2)若點E在邊AB上,EF∥AC交AD的延長線于點F.求證:AE=FE.
【答案】見解析。
【解析】(1)∵AB=AC,AD⊥BC于點D,
∴∠BAD=∠CAD,∠ADC=90°,
又∠C=42°,
∴∠BAD=∠CAD=90°﹣42°=48°;
(2)∵AB=AC,AD⊥BC于點D,∴∠BAD=∠CAD,
∵EF∥AC,
∴∠F=∠CAD,∴∠BAD=∠F,∴AE=FE.
15.(2019?南岸區(qū))如圖,直線AB∥CD,∠ACD的平分線CE交AB于點F,∠AFE的平分線交CA延長線于點G.
(1)證明:AC=AF;
(2)若∠FCD=30°,求∠G的大?。?
【答案】見解析。
【解析】(1)證明:∵∠ACD的平分線CE交AB于點F,
∴∠ACF=∠DCF,
∵AB∥CD,
∴∠AFC=∠DCF,
∴∠ACF=∠AFC,
∴AC=AF;
(2)解:∵∠FCD=30°,AB∥CD,
∴∠ACD=∠GAF=60°,∠AFC=30°,
∵∠AFE的平分線交CA延長線于點G.
∴=75°,
∴∠G=180°﹣∠GAF﹣∠AFG=180°﹣60°﹣75°=45°.
16.(2019?攀枝花)如圖,在△ABC中,CD是AB邊上的高,BE是AC邊上的中線,且BD=CE.求證:
(1)點D在BE的垂直平分線上;
(2)∠BEC=3∠ABE.
【答案】見解析。
【解析】(1)連接DE,
∵CD是AB邊上的高,∴∠ADC=∠BDC=90°,
∵BE是AC邊上的中線,∴AE=CE,∴DE=CE,
∵BD=CE,∴BD=DE,
∴點D在BE的垂直平分線上;
(2)∵DE=AE,∴∠A=∠ADE,
∵∠ADE=∠DBE+∠DEB,
∵BD=DE,∴∠DBE=∠DEB,∴∠A=∠ADE=2∠ABE,
∵∠BEC=∠A+∠ABE,∴∠BEC=3∠ABE.
17.(2019?湖北十堰)如圖,△ABC中,AB=AC,以AC為直徑的⊙O交BC于點D,點E為C延長線上一點,且∠CDE=∠BAC.
(1)求證:DE是⊙O的切線;
(2)若AB=3BD,CE=2,求⊙O的半徑.
【答案】見解析。
【解析】本題考查了圓的切線的判定定理、圓周角定理、等腰三角形的性質(zhì)、三角形相似的判定和性質(zhì),解題的關(guān)鍵是作出輔助線構(gòu)造直角三角形或等腰三角形.
(1)如圖,連接OD,AD,
∵AC是直徑,
∴∠ADC=90°,
∴AD⊥BC,
∵AB=AC,
∴∠CAD=∠BAD=∠BAC,
∵∠CDE=∠BAC.
∴∠CDE=∠CAD,
∵OA=OD,
∴∠CAD=∠ADO,
∵∠ADO+∠ODC=90°,
∴∠ODC+∠CDE=90°
∴∠ODE=90°
又∵OD是⊙O的半徑
∴DE是⊙O的切線;
(2)解:∵AB=AC,AD⊥BC,
∴BD=CD,
∵AB=3BD,
∴AC=3DC,
設(shè)DC=x,則AC=3x,
∴AD==2x,
∵∠CDE=∠CAD,∠DEC=∠AED,
∴△CDE∽△DAE,
∴=,即==
∴DE=4,x=,
∴AC=3x=14,
∴⊙O的半徑為7.
18.(2019?甘肅武威)如圖,在△ABC中,AB=AC,∠BAC=120°,點D在BC邊上,⊙D經(jīng)過點A和點B且與BC邊相交于點E.
(1)求證:AC是⊙D的切線;
(2)若CE=2,求⊙D的半徑.
【答案】見解析。
【解析】連接AD,根據(jù)等腰三角形的性質(zhì)得到∠B=∠C=30°,∠BAD=∠B=30°,求得∠ADC=60°,根據(jù)三角形的內(nèi)角和得到∠DAC=180°﹣60°﹣30°=90°,于是得到AC是⊙D的切線;連接AE,推出△ADE是等邊三角形,得到AE=DE,∠AED=60°,求得∠EAC=∠AED﹣∠C=30°,得到AE=CE=2,于是得到結(jié)論.
(1)證明:連接AD,
∵AB=AC,∠BAC=120°,∴∠B=∠C=30°,
∵AD=BD,∴∠BAD=∠B=30°,∴∠ADC=60°,
∴∠DAC=180°﹣60°﹣30°=90°,∴AC是⊙D的切線;
(2)解:連接AE,
∵AD=DE,∠ADE=60°,∴△ADE是等邊三角形,
∴AE=DE,∠AED=60°,∴∠EAC=∠AED﹣∠C=30°,
∴∠EAC=∠C,∴AE=CE=2,∴⊙D的半徑AD=2.
19. (2019?湖南衡陽)如圖,在等邊△ABC中,AB=6cm,動點P從點A出發(fā)以lcm/s的速度沿AB勻速運動.動點Q同時從點C出發(fā)以同樣的速度沿BC的延長線方向勻速運動,當點P到達點B時,點P、Q同時停止運動.設(shè)運動時間為以t(s).過點P作PE⊥AC于E,連接PQ交AC邊于D.以CQ、CE為邊作平行四邊形CQFE.
(1)當t為何值時,△BPQ為直角三角形;
(2)是否存在某一時刻t,使點F在∠ABC的平分線上?若存在,求出t的值,若不存在,請說明理由;
(3)求DE的長;
(4)取線段BC的中點M,連接PM,將△BPM沿直線PM翻折,得△B′PM,連接AB′,當t為何值時,AB'的值最?。坎⑶蟪鲎钚≈担?
【答案】見解析。
【解析】本題屬于四邊形綜合題,考查了等邊三角形的性質(zhì),平行四邊形的判定和性質(zhì),翻折變換,全等三角形的判定和性質(zhì),解直角三角形等知識,解題的關(guān)鍵是學會添加常用輔助線,構(gòu)造全等三角形解決問題,學會利用參數(shù)構(gòu)建方程解決問題,屬于中考壓軸題.
(1)∵△ABC是等邊三角形,
∴∠B=60°,
∴當BQ=2BP時,∠BPQ=90°,
∴6+t=2(6﹣t),∴t=3,
∴t=3時,△BPQ是直角三角形.
(2)存在.
理由:如圖1中,連接BF交AC于M.
∵BF平分∠ABC,BA=BC,
∴BF⊥AC,AM=CM=3cm,
∵EF∥BQ,
∴∠EFM=∠FBC=∠ABC=30°,
∴EF=2EM,
∴t=2?(3﹣t),
解得t=3.
(3)如圖2中,作PK∥BC交AC于K.
∵△ABC是等邊三角形,∴∠B=∠A=60°,
∵PK∥BC,
∴∠APK=∠B=60°,∴∠A=∠APK=∠AKP=60°,
∴△APK是等邊三角形,∴PA=PK,
∵PE⊥AK,∴AE=EK,
∵AP=CQ=PK,∠PKD=∠DCQ,∠PDK=∠QDC,
∴△PKD≌△QCD(AAS),∴DK=DC,
∴DE=EK+DK=(AK+CK)=AC=3(cm).
(4)如圖3中,連接AM,AB′
∵BM=CM=3,AB=AC,∴AM⊥BC,
∴AM==3,
∵AB′≥AM﹣MB′,∴AB′≥3﹣3,
∴AB′的最小值為3﹣3.
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