【題目】如圖1,邊長為2的正方形ABCD中,點P在AB邊上(不與點A、B重合),點Q在BC邊上(不與點B、C重合)
第一次操作:將線段PQ繞點Q順時針旋轉(zhuǎn),當點P落在正方形上時,記為點M;
第二次操作:將線段QM繞點M順時針旋轉(zhuǎn),當點Q落在正方形上時,記為點N;
依次操作下去…

(1)如圖2,經(jīng)過兩次操作后得到△PQD、△PQD的形狀是 , 求此時線段PQ的長 ;
(2)若經(jīng)過三次操作可得到四邊形PQMN.
①請直接判斷四邊形PQMN的形狀,直接寫出此時此刻AP與BQ的數(shù)量關(guān)系;
②以①中的結(jié)論為前提,直接寫出四邊形PQMN的面積的取值范圍.

【答案】
(1)等邊三角形,解:由旋轉(zhuǎn)得:DP=PQ=DQ,∴△PQD的形狀為等邊三角形,∵四邊形ABCD是正方形,∴AD=CD=BC=AB,∠A=∠B=∠C=90°,∵DP=DQ,∴Rt△ADP≌Rt△CDQ,∴AP=CQ,∴BP=BQ,∴△BPQ是等腰直角三角形,設(shè)BP的長為x,則PQ= x,∴AP=2﹣x,∵在Rt△ADP中,DP2=AD2+AP2,DP=PQ,∴( x)2=22+(2﹣x)2,∴x2+4x﹣8=0,解得:x1=﹣2+2 ,x2=﹣2﹣2 (不合題意,舍去),∵PQ= x= (﹣2+2 )=﹣2 +2
(2)解:①四邊形PQMN的形狀為正方形,此時AP=BQ.理由如下:

如圖所示:

由旋轉(zhuǎn)性質(zhì)可知,PQ=QM=MN=NP,

∴四邊形PQMN是菱形,

∵∠1+∠2=90°,∠2+∠3=90°,

∴∠1=∠3.

∵∠3+∠4=90°,∠2+∠3=90°,

∴∠QPN=90°,∠2=∠4.

∴四邊形PQMN是正方形;

在△APN和△BQP中,

∴△APN≌△BQP(AAS)

∴AP=BQ.

②利用①中結(jié)論得:△APN、△BQP、△CMQ、△DNM均為全等三角形,

∴BQ=CM=DN=AP=x,AN=BP=CQ=DM=2﹣x.

∴四邊形PQMN的面積S=S正方形ABCD﹣4S△APN=2×2﹣4× x(2﹣x)=2x2﹣4x+4,

∴S=2x2﹣4x+4(0<x<2),

∵y=2(x﹣1)2+2,

∴當x=1時,S有最小值2;

當x=0時,S=4,

∴四邊形PQMN的面積S取值范圍是2≤S<4.


【解析】(1)根據(jù)HL證明Rt△ADP≌Rt△CDQ,得AP=CQ,所以△BPQ是等腰直角三角形,設(shè)BP的長為x,則PQ= x,根據(jù)勾股定理列方程,解方程即可得PQ的長;(2)①由旋轉(zhuǎn)性質(zhì)可知,PQ=QM=MN=NP,求出四邊形PQMN是菱形,再證出∠QPN=90°,得出四邊形PQMN是正方形;由AAS證明△APN≌△BQP,得出AP=BQ即可.②利用①中結(jié)論得:△APN、△BQP、△CMQ、△DNM均為全等三角形,得出BQ=CM=DN=AP=x,AN=BP=CQ=DM=2﹣x.四邊形PQMN的面積S=S正方形ABCD﹣4S△APN=2x2﹣4x+4,由二次函數(shù)的性質(zhì)即可得出答案.
【考點精析】認真審題,首先需要了解旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)(①旋轉(zhuǎn)后對應(yīng)的線段長短不變,旋轉(zhuǎn)角度大小不變;②旋轉(zhuǎn)后對應(yīng)的點到旋轉(zhuǎn)到旋轉(zhuǎn)中心的距離不變;③旋轉(zhuǎn)后物體或圖形不變,只是位置變了).

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身高分組/cm

頻數(shù)

百分比

5

10%

20%

15

30%

14

6

12%

總計

100%

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(2)通過計算補全頻數(shù)分布直方圖;

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