2022年海淀區初二數學上學期期末統考壓軸題最后一問的詳解


在△ABC 中,∠B = 90°,∠A = 60°,D 為 BC延長線上一點,點 E 為 線段 AC、CD 各自的垂直平分線的交點,連接 EA、EC、ED;直線 CF 與 ED 交於點 F,且滿足 ∠CFD = ∠CAE. P 為直線 CF 上一動點,當 PE - PD 的值最大時,求 PE、PD 和 AB 之間的數量等式關系.

解:由題設條件可知,∠ACB = 30° 以及 △EAC 和 △ECD 為等腰三角形,即有 EA = EC = ED. 設 ∠CAE = α,∠CDE = β,於是

∠ACD = ∠ACE + ∠ECD = α + β = 180° - ∠ACB = 180° - 30° = 150°

∠AED = ∠AEC + ∠CED = (180° - 2α) + (180° - 2β) = 360° - 2(α + β) = 60°

結合 EA = ED,可知 △EAD 為正三角形. 連接 AD,作點 D 關於直線 CF 的對稱點 G,連接 GC,連接 EG 並延長 與 CF 交於點 P(如下圖所示),此時 PE - PD = PE - PG = EG.  

取 CF 上任意其它點,不妨以點 C 為例,CE - CD = CE - CG < EG(在 △ECG 中,有 CG + EG > CE).  因此,圖中點 P 就是使得 PE - PD 的值最大的點. 

由 ∠CFD = ∠CAE,可知四邊形 ACFE 中,∠CAE + ∠CFE = 180°,於是

∠ACF = 360° - 180° - ∠AEF = 120°

∠DCF = ∠ACD - ∠ACF = 150° - 120° = 30°

於是 ∠GCD = 30°·2 = 60°,且有 CG = CD,即有 △GCD 為正三角形.

考察 △ACD 和 △EGD,前者繞點 D 順時針旋轉 60° 后與后者重合,用三角形全等的說法則有:

AD = ED,

∠ADC = ∠GDC - ∠GDA = ∠EDA - ∠GDA = ∠EDG,

CD = GD,

故 △ACD ≌ △EGD (SAS),於是 EG = AC = 2AB,所求的關系等式即為

PE - PD = 2AB.

 


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