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在菱形ABCD中,AB=4,∠BAD=θ,△AEF为正三角形,E、F在菱形边上.
(1)如图1,当θ=120°时,证明:不论E、F在BC、CD上如何移动,总有BE=CF.
(2)在(1)的条件下,当点E、F在BC、CD上移动时,分别探讨四边形AECF和△CEF的面积是否发生变化?如果不变,求出这个定值;如果变化,求出其最大(小)值.
(3)操作探索:当θ分别满足下列条件时,能否作出菱形的内接正三角形AEF(E、F分别在菱形边上)?请填写下表(不必说明理由).
满足的条件 60°<θ<120° θ=120° 120°<θ<180°
内接正△AEF个数
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分析:(1)连接AC,由四边形ABCD是菱形与∠BAD=θ=120°,易证得△ABC是等边三角形,又由△AEF为正三角形,易证得△ABE≌△ACF,即可求得BE=CF;
(2)由S四边形AECF=S△AEC+S△ACF=S△AEC+S△ABE=S△ABC,即可得四边形AECF的面积不变,由菱形的面积求解方法,即可求得这个定值,又由当△AEF的面积最小时,△CEF的面积最大,当AE⊥BC时,AE最小,则此时△AEF的面积最小,即可求得答案;
(3)由题意可得当60°<θ<120°时,可作内接正△AEF1个,当θ=120°,可作内接正△AEF无数个,当120°<θ<180°可作内接正△AEF3个.
解答:精英家教网解:(1)连接AC,
∵四边形ABCD是菱形,
∴AB=BC,BC∥AD,
∵∠BAD=θ=120°,
∴∠B=180°-∠BAD=60°,
∴△ABC是等边三角形,
∴AB=AC,
∵△AEF为正三角形,
∴AE=AF,
∵∠BAE+∠EAC=∠CAF+∠EAC=60°,
∴∠BAE=∠CAF,
∴△ABE≌△ACF,
∴BE=CF;

(2)四边形AECF的面积不变,△CEF的面积发生变化.
∵△ABE≌△ACF,
∴S△ABE=S△ACF,
∴S四边形AECF=S△AEC+S△ACF=S△AEC+S△ABE=S△ABC,
∵AB=4,∠B=60°,
∴AC=4,BD=4
3
,
∴S菱形ABCD=
1
2
AC•BD=8
3
,
∴S四边形AECF=
1
2
S菱形ABCD=4
3
;
∵当△AEF的面积最小时,△CEF的面积最大,
∵当AE⊥BC时,AE最小,则此时△AEF的面积最小,
∵△ABC是等边三角形,AB=4,
∴AE=2
3
,
∴S△AEF=
1
2
×2
3
×3=3
3
,
∴△CEF的面积最大值为:S四边形AECF-S△AEF=4
3
-3
3
=
3
.

(3)填表如下:
满足的条件 60°<θ<120° θ=120° 120°<θ<180°
内接正△AEF个数 1 无数个 3
点评:此题考查了菱形的性质,等边三角形的判定与性质,以及全等三角形的判定与性质等知识.此题综合性较强,难度较大,解题的关键是注意数形结合思想的应用.
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