Question

已知菱形ABCD的邊長(zhǎng)為1．∠EAF=∠ADC=60°，∠EAF的兩邊分別交邊DC、CB于點(diǎn)E、F．當(dāng)∠EAF繞點(diǎn)A旋轉(zhuǎn)時(shí)，點(diǎn)E、F始終分別在邊DC、CB上移動(dòng)．
（1）特殊發(fā)現(xiàn)：如圖1，若點(diǎn)E、F分別是邊DC、CB的中點(diǎn)．求證：菱形ABCD對(duì)角線AC、BD交點(diǎn)O即為△AEF的外心；
（2）記△AEF的外心為點(diǎn)P．
①如圖2．求證：△AEF為等邊三角形；
②猜想驗(yàn)證：如圖2．猜想△AEF的外心P落在哪一直線上，并加以證明；
（3）拓展運(yùn)用：如圖3，當(dāng)△AEF面積最小時(shí)，過(guò)點(diǎn)P任作一直線分別交邊DA于點(diǎn)M，交邊DC的延長(zhǎng)線于點(diǎn)N，當(dāng)MN⊥AD于M時(shí)，

1

DM

+

1

DN

的值為

2

．

Answer 1

分析：（1）首先分別連接OE、0F，由四邊形ABCD是菱形，即可得AC⊥BD，BD平分∠ADC．AO=CO，DO=BO，又由E、F分別為DC、CB中點(diǎn)，即可證得0E=OF=OA，則可得點(diǎn)O即為△AEF的外心；
（2）①連接AC，過(guò)點(diǎn)A分別作AG⊥CD于G，AH⊥CB于H，然后求證△AGE≌△AHF，求出∠EAF=60°，進(jìn)而求證AE=AF，即△AEF為等邊三角形；
②首先分別連接PE、PA，過(guò)點(diǎn)P分別作PI⊥CD于I，PJ⊥AD于J，即可求得∠IPJ的度數(shù)，又由點(diǎn)P是等邊△AEF的外心，易證得△PIE≌△PJA，可得PI=PJ，即點(diǎn)P在∠ADC的平分線上，即點(diǎn)P落在直線DB上．
（3）當(dāng)AE⊥DC時(shí)，△AEF的邊長(zhǎng)最短，因而面積最小，此時(shí)點(diǎn)E、F分別為DC、CB中點(diǎn)．連接BD、AC交于點(diǎn)P，由（1）可得點(diǎn)P即為△AEF的外心．由△GBP∽△MDP，即可

1

DM

+

1

DN

的值為2．

解答：解：（1）證明：如圖1，分別連接OE、0F，
∵四邊形ABCD是菱形，
∴AC⊥BD，BD平分∠ADC，AO=CO，DO=BO，
∴∠COD=∠COB=∠AOD=90°．
∠ADO=

1

2

∠ADC=

1

2

×60°=30°，
又∵E、F分別為DC、CB中點(diǎn)，
∴OE=

1

2

CD，OF=

1

2

BC，AO=

1

2

AD，
∴0E=OF=OA，
∴點(diǎn)O即為△AEF的外心；

（2）①證明：如圖2，連接AC，過(guò)點(diǎn)A分別作AG⊥CD于G，AH⊥CB于H，
∵AC是菱形ABCD的對(duì)角線，AG⊥CD，AH⊥CB
∴AH=AG，
∵∠ADC=60°，
∴∠DCB=120°，
又∵AG⊥DC，AH⊥BC
∴∠GAH=60°，
又∵∠EAF=60°，
∴∠EAG=∠FAH
又∵AG=AH，∠AGE=∠AHF
∴△AGE≌△AHF，
∴AE=AF，
又∠EAF=60°，
∴△AEF為等邊三角形；

②猜想：外心P一定落在直線DB上．
證明：如圖2，分別連接PE、PA，過(guò)點(diǎn)P分別作PI⊥CD于I，P J⊥AD于J
∴∠PIE=∠PJD=90°，∵∠ADC=60°
∴∠IPJ=360°-∠PIE-∠PJD-∠JDI=120°
∵點(diǎn)P是等邊△AEF的外心，∴∠EPA=120°，PE=PA，
∴∠IPJ=∠EPA，∴∠IPE=∠JPA
∴△PIE≌△PJA，∴PI=PJ
∴點(diǎn)P在∠ADC的平分線上，
即點(diǎn)P落在直線DB上．

（3）當(dāng)AE⊥DC時(shí)．△AEF面積最小，
此時(shí)點(diǎn)E、F分別為DC、CB中點(diǎn)．
連接BD、AC交于點(diǎn)P，由（1）
可得點(diǎn)P即為△AEF的外心．
如圖3．設(shè)MN交BC于點(diǎn)G，
設(shè)DM=x，DN=y（x≠0．y≠O），則CN=y-1，
∵BC∥DA，
∴△GBP≌△MDP．
∴BG=DM=x．
∴CG=1-x
∵BC∥DA，
∴△NCG∽△NDM，
∴

CN

DN

=

CG

DM

，
∴

y-1

y

=

1-x

x

，
∴x+y=2xy，
∴

1

x

+

1

y

=2，
即

1

DM

+

1

DN

的值為2．
故答案是：2．

點(diǎn)評(píng)：此題考查了相似三角形的判定與性質(zhì)，三角形的外心的判定與性質(zhì)，以及菱形的性質(zhì)等知識(shí)．此題綜合性很強(qiáng)，圖形也比較復(fù)雜，解題的關(guān)鍵是方程思想與數(shù)形結(jié)合思想的應(yīng)用．