Question

如图1，边长为4的正方形ABCD中，点E在AB边上（不与点A，B重合），点F在BC边上（不与点B，C重合）．

第一次操作：将线段EF绕点F顺时针旋转，当点E落在正方形上时，记为点G；

第二次操作：将线段FG绕点G顺时针旋转，当点F落在正方形上时，记为点H；依次操作下去…

（1）图2中的△EFD是经过两次操作后得到的，其形状为   ，

（2）若经过三次操作可得到四边形EFGH．

①请判断四边形EFGH的形状为   ，此时AE与BF的数量关系是   ；

②以①中的结论为前提，设AE的长为x，四边形EFGH的面积为y，求y与x的函数关系式及面积y的取值范围。

Answer

（1）等边三角形；（2）正方形；AE=BF; =2（x-2）2+8，8≤y＜16．

【解析】

试题分析：（1）由旋转性质，易得△EFD是等边三角形；利用等边三角形的性质、勾股定理求出EF的长；

（2）①四边形EFGH的四边长都相等，所以是正方形；利用三角形全等证明AE=BF；

②求面积y的表达式，这是一个二次函数，利用二次函数性质求出最值及y的取值范围．

试题解析：（1）如题图2，由旋转性质可知EF=DF=DE，则△DEF为等边三角形．

在Rt△ADE与Rt△CDF中，

∴Rt△ADE≌Rt△CDF（HL）

∴AE=CF．

设AE=CF=x，则BE=BF=4-x

∴△BEF为等腰直角三角形．

∴EF=BF=（4-x）．

∴DE=DF=EF=（4-x）．

在Rt△ADE中，由勾股定理得：AE2+AD2=DE2，即：x+42=[（4-x]2，

解得：x1=8-4，x2=8+4（舍去）

∴EF=（4-x）=4-4．

DEF的形状为等边三角形，EF的长为4-4．

（2）①四边形EFGH的形状为正方形，此时AE=BF．理由如下：

依题意画出图形，如答图1所示：

由旋转性质可知，EF=FG=GH=HE，∴四边形EFGH的形状为正方形．

∵∠1+∠2=90°，∠2+∠3=90°，

∴∠1=∠3．

∵∠3+∠4=90°，∠2+∠3=90°，

∴∠2=∠4．

在△AEH与△BFE中，

∴△AEH≌△BFE（ASA）

∴AE=BF．

②利用①中结论，易证△AEH、△BFE、△CGF、△DHG均为全等三角形，

∴BF=CG=DH=AE=x，AH=BE=CF=DG=4-x．

∴y=S正方形ABCD-4S△AEH=4×4-4×x（4-x）=2x2-8x+16．

∴y=2x2-8x+16（0＜x＜4）

∵y=2x2-8x+16=2（x-2）2+8，

∴当x=2时，y取得最小值8；当x=0时，y=16，

∴y的取值范围为：8≤y＜16．

考点：几何变换综合题．