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导学案——正方形
【学习目标】
1.理解正方形的概念,了解平行四边形、矩形及菱形与正方形的概念之间的从属关系;
2.掌握正方形的性质及判定方法.
【要点梳理】
【高清课堂 特殊的平行四边形(正方形) 知识要点】
要点一、正方形的定义
四条边都相等,四个角都是直角的四边形叫做正方形.
要点诠释:既是矩形又是菱形的四边形是正方形,它是特殊的菱形,又是特殊的矩形,
更为特殊的平行四边形,正方形是有一组邻边相等的矩形,还是有一个角是直角的菱形.
要点二、正方形的性质
正方形具有四边形、平行四边形、矩形、菱形的一切性质.
1.边——四边相等、邻边垂直、对边平行;
2.角——四个角都是直角;
3.对角线——①相等,②互相垂直平分,③每条对角线平分一组对角;
4.是轴对称图形,有 4 条对称轴;又是中心对称图形,两条对角线的交点是对称中心.
要点诠释:正方形具有平行四边形、矩形、菱形的一切性质,其对角线将正方形分为四
个等腰直角三角形.
要点三、正方形的判定
正方形的判定除定义外,判定思路有两条:或先证四边形是菱形,再证明它有一个角是
直角或对角线相等(即矩形);或先证四边形是矩形,再证明它有一组邻边相等或对角线互
相垂直(即菱形).
要点四、特殊平行四边形之间的关系
或者可表示为:
要点五、顺次连接特殊的平行四边形各边中点得到的四边形的形状
(1)顺次连接平行四边形各边中点得到的四边形是平行四边形.
(2)顺次连接矩形各边中点得到的四边形是菱形.
(3)顺次连接菱形各边中点得到的四边形是矩形.
(4)顺次连接正方形各边中点得到的四边形是正方形.
要点诠释:新四边形由原四边形各边中点顺次连接而成.
(1)若原四边形的对角线互相垂直,则新四边形是矩形. 2
(2)若原四边形的对角线相等,则新四边形是菱形.
(3)若原四边形的对角线垂直且相等,则新四边形是正方形.
【典型例题】
类型一、正方形的性质
1、(2016•哈尔滨)已知:如图,在正方形 ABCD 中,点 E 在边 CD 上,AQ⊥BE 于
点 Q,DP⊥AQ 于点 P.
(1)求证:AP=BQ;
(2)在不添加任何辅助线的情况下,请直接写出图中四对线段,使每对中较长线段与较短
线段长度的差等于 PQ 的长.
【思路点拨】(1)根据正方形的性质得出 AD=BA,∠BAQ=∠ADP,再根据已知条件得到∠
AQB=∠DPA,判定△AQB≌△DPA 并得出结论;(2)根据 AQ﹣AP=PQ 和全
等三角形的对应边相等进行判断分析.
【答案与解析】
解:(1)∵正方形 ABCD
∴AD=BA,∠BAD=90°,即∠BAQ+∠DAP=90°
∵DP⊥AQ
∴∠ADP+∠DAP=90°
∴∠BAQ=∠ADP
∵AQ⊥BE 于点 Q,DP⊥AQ 于点 P
∴∠AQB=∠DPA=90°
∴△AQB≌△DPA(AAS)
∴AP=BQ
(2)①AQ﹣AP=PQ
②AQ﹣BQ=PQ
③DP﹣AP=PQ
④DP﹣BQ=PQ
【总结升华】本题主要考查了正方形以及全等三角形,解决问题的关键是掌握:正方形的四
条边相等,四个角都是直角.解题时需要运用:有两角和其中一角的对边对应相等的两个三
角形全等,以及全等三角形的对应边相等.
举一反三:3
【变式 1】如图四边形 ABCD 是正方形,点 E、K 分别在 BC,AB 上,点 G 在 BA 的延长线上,
且 CE=BK=AG.以线段 DE、DG 为边作 DEFG.
(1)求证:DE=DG,且 DE⊥DG.
(2)连接 KF,猜想四边形 CEFK 是怎样的特殊四边形,并证明你的猜想.
【答案】
证明:(1)∵ 四边形 ABCD 是正方形,
∴ DC=DA,∠DCE=∠DAG=90°.
又∵ CE=AG,
∴ △DCE≌△DAG,
∴ ∠EDC=∠GDA,DE=DG.
又∵ ∠ADE+∠EDC=90°,
∴ ∠ADE+∠GDA=90°,
∴ DE⊥DG.
(2)四边形 CEFK 为平行四边形.
证明:设 CK,DE 相交于 M 点,
∵ 四边形 ABCD 和四边形 DEFG 都是正方形,
∴ AB∥CD,AB=CD,EF=DG,EF∥DG;
∵ BK=AG,∴ KG=AB=CD.
∴ 四边形 CKGD 为平行四边形.
∴ CK=DG=EF,CK∥DG∥EF
∴ 四边形 CEFK 为平行四边形.
【高清课堂 特殊的平行四边形(正方形) 例 9】
【变式 2】如图,三个边长均为 2 的正方形重叠在一起,O1、O2 是其中两个正方形的中心,
则阴影部分的面积是_______.
【答案】2;
提示:阴影部分面积等于正方形面积的一半.
类型二、正方形的判定
2、(2015•闸北区模拟)如图,在 Rt△ABC 中,∠BAC=90°,AD=CD,点 E 是边 AC
的中点,连接 DE,DE 的延长线与边 BC 相交于点 F,AG∥BC,交 DE 于点 G,连接 AF、
CG.
4
(1)求证:AF=BF;
(2)如果 AB=AC,求证:四边形 AFCG 是正方形.
【思路点拨】(1)根据线段垂直平分线的性质,可得 AF=CF,再根据等角的余角相等可得
∠B=∠BAF,所以 AF=BF.
(2)由 AAS 可证△AEG≌△CEF,所以 AG=CF.由一组对边平行且相等的四边形是平行四
边形得四边形 AFCG 是平行四边形,进而证得四边形 AFCG 是菱形,最后根据有一个角为
直角的菱形是正方形得证四边形 AFCG 是正方形.
【答案与解析】
证明:(1)∵AD=CD,点 E 是边 AC 的中点,
∴DE⊥AC.
即得 DE 是线段 AC 的垂直平分线.
∴AF=CF.
∴∠FAC=∠ACB.
在 Rt△ABC 中,由∠BAC=90°,
得∠B+∠ACB=90°,∠FAC+∠BAF=90°.
∴∠B=∠BAF.
∴AF=BF.
(2)∵AG∥CF,∴∠AGE=∠CFE.
又∵点 E 是边 AC 的中点,∴AE=CE.
在△AEG 和△CEF 中,
,
∴△AEG≌△CEF(AAS).
∴AG=CF.
又∵AG∥CF,∴四边形 AFCG 是平行四边形.
∵AF=CF,∴四边形 AFCG 是菱形.
在 Rt△ABC 中,由 AF=CF,AF=BF,得 BF=CF.
即得点 F 是边 BC 的中点.
又∵AB=AC,∴AF⊥BC.即得∠AFC=90°.
∴四边形 AFCG 是正方形.
【总结升华】本题考查的是正方形的判定方法,考查了线段垂直平分线的性质、全等三角形
的判定与性质等基础知识的灵活运用,判别一个四边形是正方形主要是根据正方形的定义及
其性质.
举一反三:5
【变式】(2015 春•上城区期末)如图,矩形 ABCD 中,AD=6,DC=8,菱形 EFGH 的三个
顶点 E,G,H 分别在矩形 ABCD 的边 AB,CD,DA 上,AH=2,连结 CF.
(1)若 DG=2,求证:四边形 EFGH 为正方形;
(2)若 DG=6,求△FCG 的面积.
【答案】
(1)证明:∵四边形 EFGH 为菱形,
∴HG=EH,
∵AH=2,DG=2,
∴DG=AH,
在 Rt△DHG 和△AEH 中,
,
∴Rt△DHG≌△AEH,
∴∠DHG=∠AEH,
∵∠AEH+∠AHG=90°,
∴∠DHG+∠AHG=90°,
∴∠GHE=90°,
∵四边形 EFGH 为菱形,
∴四边形 EFGH 为正方形;
(2)解:作 FQ⊥CD 于 Q,连结 GE,如图,
∵四边形 ABCD 为矩形,
∴AB∥CD,
∴∠AEG=∠QGE,即∠AEH+∠HEG=∠QGF+∠FGE,
∵四边形 EFGH 为菱形,
∴HE=GF,HE∥GF,
∴∠HEG=∠FGE,
∴∠AEH=∠QGF,
在△AEH 和△QGF 中
,
∴△AEH≌△QGF,
∴AH=QF=2,
∵DG=6,CD=8,
∴CG=2,
∴△FCG 的面积= CG•FQ= ×2×2=2.
类型三、正方形综合应用6
3、E、F 分别是正方形 ABCD 的边 AD 和 CD 上的点,若∠EBF=45°.
(1)求证:AE+CF=EF.
(2)若 E 点、F 点分别是边 DA、CD 的延长线上的点,结论(1)仍成立吗?若成立,请
证明,若不成立,写出正确结论并加以证明.
【答案与解析】
证明:(1)延长 DC,使 CH=AE,连接 BH,
∵ 四边形 ABCD 是正方形,
∴ ∠A=∠BCH=90°,又 AB=BC,CH=AE,
∴ Rt△BAE≌Rt△BCH,
∴ ∠1=∠2,BE=BH.
又∵ ∠1+∠3+∠4=90°,∠4=45°,
∴ ∠1+∠3=45°,∠2+∠3=45°,
在△EBF 和△HBF 中,
∴ △EBF≌△HBF,
∴ EF=FH=FC+CH=AE+CF.即 AE+CF=EF.
(2)如图所示:不成立,正确结论:EF=CF-AE.
证明:在 CF 上截取 CH=AE,连接 BH.
∵ 四边形 ABCD 是正方形,
∴ 在 Rt△EAB 和 Rt△HCB 中,
∴ Rt△EAB≌Rt△HCB,
∴ BE=BH,∠EBA=∠HBC.
∵ ∠HBC +∠ABH=90°,∴ ∠EBA +∠ABH=90°.
又∵ ∠EBF=45°,∴ ∠HBF=45°,
即∠EBF=∠HBF.
在△EBF 和△HBF 中
,
,
,
BE BH
EBF HBF
BF BF
=
∠ = ∠
=
90
AE CH
EAB HCB
AB BC
=
∠ = ∠ =
=
,
° ,
,
,
,
,
BE BH
EBF HBF
BF BF
=
∠ = ∠
=7
∴ △EBF≌△HBF,
∴ EF=FH=CF-CH=CF-AE,即 EF=CF-AE.
【总结升华】本题主要考察正方形的性质,全等三角形的性质和判定,关键在于用“截长补
短”的方法正确地作出辅助线.
4、正方形 ABCD 的对角线交点为 O,如图所示,AE 平分∠BAC 交 BC 于 E,交 OB 于 F,
求证:EC=2FO.
【思路点拨】在平面几何中,要证明一条线段等于另一条线段的 2 倍或 ,通常采用折半
法或加倍法.而折半法又可分直接折半法和间接折半法;加倍又可分直接加倍法和间接加倍
法.这就需要学生仔细研究,找到解决问题的合适方法.
【答案与解析】
证法一:(间接折半法)如图①所示.
∵ ∠3=∠1+∠4,∠5=∠2+∠6.
而∠1=∠2,∠4=∠6=45°.
∴ ∠3=∠5,BE=BF.
取 AE 的中点 G,连接 OG,
∵ AO=OC,∴ OG EC.
由∠7=∠5,∠8=∠3,
∴ ∠7=∠8,∴ FO=GO.
∴ EC=2OG=2FO.
证法二:(直接折半法)如图②所示.
由证法一得 BE=BF.
取 EC 的中点 H,连接 OH.
∵ AO=OC,∴ OH∥AE.
∴ ∠BOH=∠BFE=∠BEF=∠BHO.
∴ BO=BH,∴ FO=EH.
∴ EC=2EH=2FO.
证法三:(直接加倍法)如图③所示.
由证法一得 BE=BF.
在 OD 上截取 OM=OF,连接 MC.
易证 Rt△AOF≌Rt△COM.
∴ ∠OAF=∠OCM,
∴ AE∥MC.
由∠BMC=∠BFE=∠BEF=∠BCM,
∴ FM=EC.
1
2
1
28
∴ EC=FM=2FO.
【总结升华】若题目中涉及线段的倍半关系和中点问题时,要联想中位线定理,利用中点构
造中位线,要注意从不同的角度进行思构,构造不同的辅助线来解决问题.
举一反三:
【变式】在正方形 ABCD 的边 AB 上任取一点 E,作 EF⊥AB 交 BD 于点 F,取 FD 的中点 G,连
接 EG、CG,如图①,易证 EG=CG,且 EG⊥CG.
(1)将△BEF 绕点 B 逆时针旋转 90°,如图②,则线段 EG 和 CG 有怎样的数量关系和位
置关系?请直接写出你的猜想.
(2)将△BEF 绕点 B 逆时针旋转 180°,如图③,则线段 EG 和 CG 又有怎样的数量关系和
位置关系?请写出你的猜想,并加以证明.
【答案】
解:(1)EG=CG,且 EG⊥CG.
(2)EG=CG,且 EG⊥CG.
证明:延长 FE 交 DC 延长线于 M,连 MG,如图③,
∵ ∠AEM=90°,∠EBC=90°,∠BCM=90°,
∴ 四边形 BEMC 是矩形.
∴ BE=CM,∠EMC=90°,
又∵ BE=EF,∴ EF=CM.
∵ ∠EMC=90°,FG=DG,
∴ MG= FD=FG.
∵ BC=EM,BC=CD,∴ EM=CD.
∵ EF=CM,∴ FM=DM,∴ ∠F=45°.
又 FG=DG,∠CMG= ∠EMD=45°,
∴ ∠F=∠GMC,∴ △GFE≌△GMC,
1
2
1
29
∴ EG=CG,∠FGE=∠MGC,
∵ MG⊥DF,
∴ ∠FGE+∠EGM=90°,
∴ ∠MGC+∠EGM=90°即∠EGC=90°,
∴ EG⊥CG.10
【巩固练习】
一.选择题
1. 在正方形 ABCD 的边 AB、BC、CD、DA 上分别任意取点 E、F、G、H.这样得到的四边形 EFGH
中,是正方形的有( )
A.1 个 B.2 个 C.4 个 D.无穷多个
2.(2015•南湖区一模)将四根长度相等的细木条首尾相接,用钉子钉成四边形 ABCD,转动
这个四边形,使它形状改变.当∠B=90°时(如图甲),测得对角线 BD 的长为 .当∠B=60°
时(如图乙),则对角线 BD 的长为( )
A. B. C. 2 D.
3. 如图,正方形 ABCD 的边长为 2,点 E 在 AB 边上.四边形 EFGB 也为正方形,设△AFC 的
面积为 S,则 ( )
A.S=2 B.S=2.4 C.S=4 D.S 与 BE 长度有关
4.(2016•毕节市)如图,正方形 ABCD 的边长为 9,将正方形折叠,使顶点 D 落在 BC 边
上的点 E 处,折痕为 GH.若 BE:EC=2:1,则线段 CH 的长是( )
A.3 B.4 C.5 D.6
5. 如图,边长为 6 的大正方形中有两个小正方形,若两个小正方形的面积分别为 , ,
则 的值为( )
A.16 B.17 C.18 D.19
1S 2S
1 2S S+11
6. 如图,四边形 ABCD 中,AD=DC,∠ADC=∠ABC=90°,DE⊥AB,若四边形 ABCD 面积为
16,则 DE 的长为( )
A.3 B.2 C.4 D.8
二.填空题
7.延长正方形 ABCD 的 BC 边至点 E,使 CE=AC,连结 AE,交 CD 于 F,那么∠AFC 的度数为
______,若 BC=4 ,则△ACE 的面积等于______.
8. 在正方形 ABCD 中,E 为 BC 上一点,EF⊥AC,EG⊥BD,垂足分别为 F、G,如果
,那么 EF+EG 的长为______.
9.已知:如图,△ABC 中,∠ACB=90°,点 O 为△ABC 的三条角平分线的交点,OD⊥BC,OE
⊥AC,OF⊥AB,点 D,E,F 分别是垂足,且 BC=8 ,CA=6 ,则点 O 到三边 AB,AC
和 BC 的距离分别等于______ .
10.如图所示,直线 经过正方形 ABCD 的顶点 A,分别过顶点 B、D 作 DE⊥ 于点 E、BF⊥
于点 F,若 DE=4,BF=3,则 EF 的长为_____.
11. (2016•南京)如图,菱形 ABCD 的面积为 120cm2,正方形 AECF 的面积为 50cm2,则
菱形的边长为 cm.
cm
cm25=AB
cm cm
cm
a a a12
12.(2015•潮南区一模)如图所示,如果以正方形 ABCD 的对角线 AC 为边作第二个正方形
ACEF,再以 AE 为边作第三个正方形 AEGM,…已知正方形 ABCD 的面积 S1=1,按
上述方法所作的正方形的面积依次为 S2,S3,…Sn(n 为正整数),那么第 8 个正方形
面积 S8= .
三.解答题
13.(2015•西城区二模)如图,将正方形 OABC 放在平面直角坐标系 xOy 中,O 是原点,
若点 A 的坐标为(1, ),则点 C 的坐标?
14.如图,点 E 是正方形 ABCD 内一点,△CDE 是等边三角形,连结 EB、EA,延长 BE 交边 AD
于点 F.
(1)求证:△ADE≌△BCE;
(2)求∠AFB 的度数.
15.如图,在边长为 4 的正方形 ABCD 中,点 P 在 AB 上从 A 向 B 运动,连结 DP 交 AC 于点
Q.13
(1)试证明:无论点 P 运动到 AB 上何处时,都有△ADQ≌△ABQ;
(2)当点 P 在 AB 上运动到什么位置时,△ADQ 的面积是正方形 ABCD 面积的 ;
(3)若点 P 从点 A 运动到点 B,再继续在 BC 上运动到点 C,在整个运动过程中,当点 P
运动到什么位置时,△ADQ 恰为等腰三角形.
【答案与解析】
一.选择题
1.【答案】D;
【解析】在正方形四边上任意取点 E、F、G、H,AH=DG=CF=BE,能证明四边形 EFGH 为
正方形,则说明可以得到无穷个正方形.
2.【答案】B;
【解析】解:如图甲,
∵AB=BC=CD=DA,∠B=90°,
∴四边形 ABCD 是正方形,
连接 BD,则 AB2+AD2=BD2,
∴AB=AD=1,
如图乙,∠B=60°,连接 BD,
∴△ABD 为等腰三角形,
∴AB=AD=1,
∴BD=
故选 B.
3. 【答案】A;
【解析】设正方形 EFGB 的边长是 ,则 S=
= ×( +2)× + ×2×2- ×( +2)× =2.
4.【答案】B
【解析】由题意设 CH=xcm,则 DH=EH=(9﹣x)cm,
∵BE:EC=2:1,
∴CE= BC=3cm
∴在 Rt△ECH 中,EH2=EC2+CH2,
即(9﹣x)2=32+x2,
解得:x=4,即 CH=4cm.
5.【答案】B;
6
1
a ABC CFGAFGBS S S+ −△ △梯形
a a a a14
【 解 析 】 设 正 方 形 的 边 长 为 , 根 据 等 腰 直 角 三 角 形 的 性 质 知 , AC = ,
,∴AC=2CD,CD= .EC= , ,∵ 的边长为 3,
的面积为 3×3=9,∴ =8+9=17.
6.【答案】C;
【解析】如图,过点 D 作 BC 的垂线,交 BC 的延长线于 F,利用互余关系可得∠A=
∠FCD,又∠AED=∠F=90°,AD=DC,利用 AAS 可以判断△ADE≌△CDF,∴DE=
DF, = =16,DE=4.
二.填空题
7.【答案】112.5°,8 ;
【解析】∠AEC=∠CEA= °,∠AFC=90°+22.5°=112.5°,面积等
于 .
8.【答案】5 ;
【解析】AC=BD= ,EF+EG= BD=5.
9.【答案】2;
【解析】OD=OE=OF,可知四边形 ODCE 是正方形,设 CD=CE= ,BD=BF= ,AE=AF
= ,所以 , , ,解得 ,即 O 点到三边的距
离.
10.【答案】7;
【解析】因为 ABCD 是正方形,所以 AB=AD,∠B=∠A=90°,则有∠ABF=∠DAE,又
因为 DE⊥ 、BF⊥ ,根据 AAS 易证△AFB≌△AED,所以 AF=DE=4,BF=AE=
3,则 EF 的长=7.
11.【答案】13.
【解析】因为正方形 AECF 的面积为 50cm2,
所以 AC= cm,
因为菱形 ABCD 的面积为 120cm2,
所以 BD= cm,
2S x 2x
2x CD= 6 23
= 2 2 2 8S = 1S 1S
1 2S S+
ABCDS四边形 S正方形DEBF
2 2cm
180 135 22.52
− =
21 4 2 4 8 22 cm× × =
cm
5 2 2 10× = 1
2
x y
z 8x y+ = 10y z+ = 6x z+ = 2x =
a a15
所以菱形的边长= cm.
故答案为:13.
12.【答案】128;
【解析】根据题意可得:第 n 个正方形的边长是第(n﹣1)个的 倍;故面积是第
(n﹣1)个的 2 倍,已知第一个面积为 1;则那么第 8 个正方形面积 S8=27=128.
故答案为 128.
三.解答题
13.【解析】
解:作 AD⊥轴于 D,作 CE⊥x 轴于 E,如图所示:
则∠ADO=∠OEC=90°,
∴∠1+∠2=90°,
∵点 A 的坐标为(1, ),
∴OD=1,AD= ,
∵四边形 OABC 是正方形,
∴∠AOC=90°,OC=AO,
∴∠1+∠3=90°,
∴∠3=∠2,
在△OCE 和△AOD 中,
,
∴△OCE≌△AOD(AAS),
∴OE=AD= ,CE=OD=1,
∴点 C 的坐标为(﹣ ,1).
14.【解析】
解:(1)∵四边形 ABCD 是正方形,
∴∠ADC=∠BCD=90°,AD=BC.
∵△CDE 是等边三角形,
∴∠CDE=∠DCE=60°,DE=CE.
∴∠ADE=∠BCE=30°.
∵AD=BC,∠ADE=∠BCE,DE=CE,
∴△ADE≌△BCE.
(2)∵△ADE≌△BCE, ∴AE=BE,
∴∠BAE=∠ABE.
∵∠BAE+∠DAE=90°,∠ABE+∠AFB=90°,∠BAE=∠ABE,
∴∠DAE=∠AFB.
∵AD=CD=DE, ∴∠DAE=∠DEA.
∵∠ADE=30°,∴∠DAE=75°,
∴∠AFB=75°.
15.【解析】
(1)证明:∵四边形 ABCD 是正方形,
∴AD=AB,∠DAC=∠BAC=45°,AQ=AQ16
∴△ADQ≌△ABQ(SAS);
(2)以 A 为原点建立如图所示的直角坐标系,过点 Q 作 QE⊥ 轴于点 E,QF⊥ 轴于点
F.
AD×QE= = ∴QE=
∵点 Q 在正方形对角线 AC 上 ∴Q 点的坐标为
∴过点 D(0,4), 两点的函数关系式为: ,当 =0 时, =
2,即 P 运动到 AB 中点时,△ADQ 的面积是正方形 ABCD 面积的 ;
(3)若△ADQ 是等腰三角形,则有 QD=QA 或 DA=DQ 或 AQ=AD
①当点 P 运动到与点 B 重合时,由四边形 ABCD 是正方形知 QD=QA 此时△ADQ 是等腰
三角形;
②当点 P 与点 C 重合时,点 Q 与点 C 也重合,此时 DA=DQ,△ADQ 是等腰三角形;
③如图,设点 P 在 BC 边上运动到 CP= 时,有 AD=AQ
∵AD∥BC ∴∠ADQ=∠CPQ.
又∵∠AQD=∠CQP,∠ADQ=∠AQD,
∴∠CQP=∠CPQ.
∴CQ=CP= .
∵AC= ,AQ=AD=4.
∴ =CQ=AC-AQ= -4.
即当 CP= -4 时,△ADQ 是等腰三角形.
y x
2
1
6
1
ABCDS正方形 3
8
3
4
)3
4,3
4(
)3
4,3
4(Q 2 4y x= − + y x
6
1
x
x
24
x 24
24