Question

【題目】已知∠α的頂點(diǎn)在正n邊形的中心點(diǎn)O處，∠α繞著頂點(diǎn)O旋轉(zhuǎn)，角的兩邊與正n邊 形的兩邊分別交于點(diǎn)M、N，∠α與正n邊形重疊部分面積為S．
（1）當(dāng)n=4，邊長為2，∠α=90°時，如圖（1），請直接寫出S的值；

（2）當(dāng)n=5，∠α=72°時，如圖（2），請問在旋轉(zhuǎn)過程中，S是否發(fā)生變化？并說明理由；

（3）當(dāng)n=6，∠α=120°時，如圖（3），請猜想S是原正六邊形面積的幾分之幾（不必說明理由）．若∠α的平分線與BC邊交于點(diǎn)P，判斷四邊形OMPN的形狀，并說明理由．

Answer 1

【答案】
（1）

解：如圖1，連接OA、OB，

當(dāng)n=4時，四邊形ABCD是正方形，

∴OA=OB，AO⊥BO，

∴∠AOB=90°，

∴∠AON+∠BON=90°，

∵∠MON=∠α=90°，

∴∠AON+∠AOM=90°，

∴∠BON=∠AOM，

∵O是正方形ABCD的中心，

∴∠OAM=∠ABO=45°，

在△AOM和△BON中，

∵ ，

∴△AOM≌△BON（ASA），

∴S△AOM=S△BON，

∴S△AOM+S△AON=S△BON+S△AON，

即S四邊形ANDM=S△ABO=S，

∵正方形ABCD的邊長為2，

∴S正方形ABCD=2×2=4，

∴S=S△ABO= S正方形ABCD= ×4=1

（2）

解：如圖2，在旋轉(zhuǎn)過程中，∠α與正n邊形重疊部分的面積S不變，

理由如下：連接OA、OB，

則OA=OB=OC，∠AOB=∠MON=72°，

∴∠AOM=∠BON，且∠OAB=∠OBC=54°，

∴△OAM≌△OBN，

∴四邊形OMBN的面積：S=S△OBN+S△OBM=S△OAM+S△OBM=S△OAB，

故S的大小不變

（3）

解：猜想：S是原正六邊形面積的 ，理由是：

如圖3，連接OB、OD，

同理得△BOM≌△DON，

∴S=S△BOM+S四邊形OBCN=S△DON+S四邊形OBCN=S四邊形OBCD= S六邊形ABCDEF；

四邊形OMPN是菱形，

理由如下：

如圖4，作∠α的平分線與BC邊交于點(diǎn)P，

連接OA、OB、OC、OD、PM、PN，

∵OA=OB=OC=OD，∠AOB=∠BOC=∠COD=∠MOP=∠PON=60°，

∴∠OAM=∠OBP=∠OCN=60°，∠AOM=∠BOP=∠CON，

∴△OAM≌△OBP≌△OCN，

∴OM=OP=ON，

∴△OMP和△OPN都是等邊三角形，

∴OM=PM=OP=ON=PN，

∴四邊形OMPN是菱形．

【解析】（1）如圖1，連接對角線OA、OB，證明△AOM≌△BON（ASA），則S△AOM=S△BON ， 所以S=S△ABO= S正方形ABCD= ×4=1；（2）如圖2，在旋轉(zhuǎn)過程中，∠α與正n邊形重疊部分的面積S不變，連接OA、OB，同理證明△OAM≌△OBN，則S=S△OBN+S△OBM=S△OAM+S△OBM=S△OAB ， 故S的大小不變；（3）如圖3，120°相當(dāng)于兩個中心角，可以理解為一個中心角連續(xù)旋轉(zhuǎn)兩次，由前兩問的推理得，旋轉(zhuǎn)一個中心角時重疊部分的面積是原來正n邊形面積的 ，則S是原正六邊形面積的 ；也可以類比（1）（2）證明△OAM≌△OBN，利用割補(bǔ)法求出結(jié)論；
四邊形OMPN是菱形，
理由如下：如圖4，作∠α的平分線與BC邊交于點(diǎn)P，作輔助線構(gòu)建全等三角形，同理證明△OAM≌△OBP≌△OCN，得△OMP和△OPN都是等邊三角形，則OM=PM=OP=ON=PN，根據(jù)四邊相等的四邊是菱形可得：四邊形OMPN是菱形．
【考點(diǎn)精析】解答此題的關(guān)鍵在于理解旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)的相關(guān)知識，掌握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(diǎn)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．