解决问题例5 [例说折叠问题]

  以折叠为背景的操作问题屡见不鲜,解答这类问题时,我们必须明白,折叠的实质是以折痕为对称轴的轴对称变换. 因此,折叠前与折叠后能够互相重合的线段相等,能够互相重合的角相等,能够互相重合的点所连线段被折痕垂直平分.
  例1 如图1,直角梯形纸片ABCD中,AD∥BC,∠A=90°,∠C=30°,折叠纸片使BC经过点D,点C落在点E处,BF是折痕,且BF=CF=8.
  (1)求∠BDF的度数;
  (2)求AB的长.
  分析:(1)在△BDC中,∠C=30°,要求∠BDF的度数,应先确定∠DBC的度数;(2)AB是Rt△ABD的一条直角边,要求其长,应先确定AD和BD的长.
  解:(1)由BF=CF,∠C=30°,得∠FBC=∠C=30°.
  ∵△BEF由△BCF折叠而成,
  ∴∠FBE=∠FBC=30°.
  ∴∠DBC=∠FBE+∠FBC=60°.
  ∴∠BDF=180°-∠DBC-∠C=90°.
  (2)在Rt△BDF中,
  ∵∠FBD=30°,
  ∴ DF=BF=4,BD==4.
  ∵AD∥BC,
  ∴∠ADB=∠DBC=60°.
  ∵∠A=90°,
  ∴∠ABD=30°,AD=BD=2.
  ∴ AB==6.
  例2 如图2,在△ABC中,∠BAC=45°,AD⊥BC于点D,将△ABD沿AB所在的直线折叠,使点D落在点E处;将△ACD沿AC所在的直线折叠,使点D落在点F处,分别延长EB、FC使其交于点M.
  (1)判断四边形AEMF的形状,并给予证明.
  (2)若BD=1,CD=2,试求四边形AEMF的面积.
  分析:(1)容易发现,四边形AEMF有三个内角都是直角,且有一组邻边相等,则它是正方形;(2)从△BCM是直角三角形入手,能确定正方形AEMF的边长.
  解:(1)四边形AEMF是正方形,证明如下.
  ∵ AD⊥BC于点D,
  ∴∠ADB=∠ADC=90°.
  ∵△ABE、△ACF分别由△ABD、△ACD折叠而成,
  ∴∠E=∠ADB=90°,∠F=∠ADC=90°,∠3=∠1,∠4=∠2,AE=AD,AF=AD.
  ∴∠EAF=2∠BAC=90°,AE=AF.
  ∴四边形AEMF是有一组邻边相等的矩形.
  ∴四边形AEMF是正方形.
  (2)设正方形AEMF的边长为x,则ME=x,MF=x.
  ∵ BE=BD,CF=CD,
  ∴ BM=x-1,CM=x-2.
  ∵∠M=90°,
  ∴BM 2+CM 2=BC 2.
  ∴(x-1)+(x-2)=9.
  解之,x=(负值舍去).
  ∴S=()=.
  例3 如图3-1,ABCD是一张矩形纸片,AD=BC=1,AB=CD=5. 在矩形ABCD的边AB上取一点M,在CD上取一点N,将纸片沿MN折叠,使MB与DN交于点K,得到△MNK,如图3-2所示.
  (1)若∠1=70°,求∠MKN的度数.
  (2)△MNK的面积能否小于?若能,求出此时∠1的度数;若不能,请说明理由.
  (3)如何折叠能够使△MNK的面积最大?请你利用备用图探究可能出现的情况,求出最大值.
  分析:(1)由四边形ABCD是矩形,得AM∥DN,∠MKN=∠AMK.要求∠MKN的度数,应先确定∠AMK的度数;(2)要判断△MNK的面积能否小于,应从计算这个三角形的面积入手. 为此,过点M作ME⊥DN于点E. 显见,ME=AD=1,那么△MNK的面积=NK?ME=NK. 这样,只需判断NK是否小于1;(3)由(2)的分析,△MNK的面积只与NK的长有关. 要使△MNK的面积最大,折叠时,应使折痕两边在CD边上重叠的线段最长,即使NK最大.
  解:(1)依题意,四边形MBCN与四边形MKCN完全重合,则∠KMN=∠1=70°.
  ∴∠AMK=180°-∠KMN-∠1=40°.
  ∵AM∥DN,
  ∴∠MKN=∠AMK=40°.
  (2)△MNK的面积不可能小于,为说明其原因,在图3-2中,过M点作ME⊥DN于点E,则ME=AD=1,MK≥ME.
  ∵AM∥DN,
  ∴∠KNM=∠1=∠KMN.
  ∴NK=MK≥1.
  ∴△MNK的面积=NK?ME=NK≥.
  ∴△MNK的面积最小值为,不可能小于.
  (3)分两种情况:
  如图3-3中,当点M在点A与点B之间时,将矩形纸片对折,使点B与点D重合,此时点K也与点D重合,NK有最大值. 再设AM=x,则DM=BM=5-x.
  ∵ AD2+AM2=DM2,
  ∴ 1+x2=(5-x)2,x=2.4.
  ∴ NK=DM=5-x=2.6.
  ∴△MNK的最大面积=NK?ME=×2.6×1=1.3.
  如图3-4中,当点M与点A重合时,将矩形纸片沿对角线AC对折,此时折痕为AC,NK有最大值. 再设MK=NK=x,则DK=5-x.
  ∵ AD2+DK2=MK2,
  ∴ 1+(5-x)2=x2,x=2.6.
  ∴ NK=2.6.
  ∴△MNK的最大面积=NK?ME=×2.6×1=1.3.

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