題:如圖1,正方形ABCD中,E、F分別是BC、CD上的點,∠EAF=45°,求EF/AB的最小值. 此題難度一般,本人在《經(jīng)典再現(xiàn)22》一文中拋出了一塊磚(如下解法一),收到了多塊玉,許多網(wǎng)友紛紛評論,給出了更為巧妙簡便的解法,現(xiàn)整理為如下的解法二、三、四。或許還有其他解法,歡迎各位高手不吝賜教。 解法一:如圖2,連接AC.則∠BAC=∠DAC=45°, 所以∠BAE+∠EAC=45°,因為∠EAF=45°, 所以∠EAC+∠CAF=45°, 所以∠BAE=∠CAF. 同理,∠DAF=∠CAE. 作EG⊥AC于G,F(xiàn)H⊥AC于H,則 ∠AGE=∠AHF=∠B=∠D=90°, 所以△ABE∽△AHF,△ADF∽△AGE, 所以BE/HF=AE/AF,DF/GE=AF/AE, 兩式相乘,得 BE/HF·DF/GE= AE/AF·AF/AE=1, 所以BE·DF=GE·HF, 因為△GCE和△HCF都是等腰直角三角形, 所以GE=CE/√2,HF=CF/√2, 所以BE·DF=CE·CF/2. 設正方形ABCD的邊長為1,CE=x,CF=y,則 BE=1-x,DF=1-y, 所以(1-x)(1-y)=xy/2, 整理,得xy=2(x+y)-2, 所以EF=√(x^2+y^2) =√[(x+y)^2-2xy] =√[(x+y)^2-4(x+y)+4] =√[(x+y)-2]^2 =|x+y-2|, 顯然,x+y<2, 所以EF=2-(x+y). 設x+y=s,則EF=2-s,y=s-x, 因為xy=2(x+y)-2, 所以xy=2s-2, 所以x(s-x)=2s-2, 整理,得x^2-sx+2s-2=0, 因為x為實數(shù), 所以△=s^2-4(2s-2)≥0, 即s^2-8s+8≥0, 解得s≥4+2√2或s≤4-2√2, 所以s最大值為4-2√2, 所以EF最小值=2-(4-2√2)=2√2-√2. 所以EF/AB的最小值為2√2-2. 解法二:如圖3,因為四邊形ABCD為正方形, 所以AB=AD,∠DAB=90°, 所以將△ADF繞點A順時針旋轉(zhuǎn)90°,得△ABG,則 AG=AF,BG=DF,∠BAG=DAF,∠ABG=∠D=90°, 所以G、B、E三點共線, 所以EG=BG+BE=DF+BE。 在△AGE 與△AEF中, 因為∠EAF=45°, 所以∠BAE+∠DAF=45°, 所以∠GAE=45°=∠EAF, 又AE=AE, 所以△AGE≌△AEF, 所以EF=EG, 設正方形ABCD的邊長為1,BE=a,DF=b,則 EF=a+b,CE=1-a,CF=1-b, 在Rt△CEF中,由勾股定理,得 (1-a)^2+(1-b)^2=(a+b)^2, 整理,ab+a+b-1=0, 設a+b=s,則a=s-b,代入上式,得 (s-b)b+s-b+b-1=0, 整理,得b^2-sb+1-s=0, 因為b為實數(shù), 所以△=s^2-4(1-s)≥0, 即s^2+4s-4≥0, 解得s≥-2+2√2,或s≤-2-2√2(舍去), 所以s最小值為2√2-2, 即EF的最小值為2√2-2. 所以EF/AB的最小值為2√2-2. 解法三:如圖1,設正方形ABCD的邊長為1,BE=a,DF=b,則CE=1-a,CF=1-b, 在△EAF和△CEF中,分別由余弦定理和勾股定理,得 AE^2+AF^2-2AE·AF·cos∠EAF= EF^2=CE^2+CF^2, 即1+a^2+1+b^2-2√(1+a^2)· √(1+b^2)cos45°=(1-a)^2+(1-b)2, 整理,得2(a+b)= √2·√(1+a^2)· √(1+b^2), 兩邊平方,整理,得a^2+b^2+4ab=1+ a^2b^2, 再整理,得a^2+b^2+2ab=1-2ab+ a^2b^2, 即(a+b)^2=(1-ab)2, 因為a+b>0,ab<1, 所以a+b=1-ab, 設a+b=s,則仿照解法二,得s最小值為2√2-2。 又EF^2=(1-a)^2+(1-b)2 =2-2(a+b)+a^2+b^2, =2-2(1-ab)+ a^2+b^2 =2ab+a^2+b^2 =(a+b)^2, 所以EF=a+b, 所以EF最小值為2√2-2, 所以EF/AB最小值為2√2-2。 解法四:設正方形ABCD的邊長為1,BE=a,DF=b,∠BAE=α,則∠DAF=45°-α,tanα=a,tan(45°-α)=b, 又tan(45°-α)=(tan45°+tanα)/(1+tan45°·tanα) =(1-a)/(1+a), 所以(1-a)/(1+a)=b, 在Rt△CEF中, CE=1-a,CF=1-b=1-(1-a)/(1+a)=2a/(1+a), 所以EF=√(CE^2+CF^2) =√[(1-a)^2+4a^2/(1+a)^2] =√[(1-a)^2(1+a)^2+4a^2]/(1+a) =√(1+2a^2+a^4)/(1+a) =√(1+a^2)^2/(1+a) =(1+a^2)/(1+a), 設EF=s,則s=(1+a^2)/(1+a), 去分母,得s+sa=1+a^2, 整理為關(guān)于a的一元二次方程,得 a^2-sa+1-s=0, 因為a為實數(shù), 所以△=s^2-4(1-s)≥0, 即s^2+4s-4≥0, 解得s≥-2+2√2,或s≤-2-2√2(舍去), 所以s最小值為2√2-2, 即EF的最小值為2√2-2. 所以EF/AB的最小值為2√2-2. |
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