Question

在正方形ABCD中，對角線AC，BD交于點O，點P在線段BC上（不含點B），∠BPE=∠ACB，PE交BO于點E，過點B作BF⊥PE，垂足為F，交AC于點G．
（1）當點P與點C重合時（如圖1）．求證：△BOG≌△POE；
（2）通過觀察、測量、猜想：=______，并結合圖2證明你的猜想；
（3）把正方形ABCD改為菱形，其他條件不變（如圖3），若∠ACB=α，求的值．（用含α的式子表示）

Answer 1

【答案】分析：（1）由四邊形ABCD是正方形，P與C重合，易證得OB=OP，∠BOC=∠BOG=90°，由同角的余角相等，證得∠GBO=∠EPO，則可利用ASA證得：△BOG≌△POE；
（2）首先過P作PM∥AC交BG于M，交BO于N，易證得△BMN≌△PEN（ASA），△BPF≌△MPF（ASA），即可得BM=PE，BF=BM．則可求得的值；
（3）首先過P作PM∥AC交BG于點M，交BO于點N，由（2）同理可得：BF=BM，∠MBN=∠EPN，繼而可證得：△BMN∽△PEN，然后由相似三角形的對應邊成比例，求得的值．
解答：（1）證明：∵四邊形ABCD是正方形，P與C重合，
∴OB=OP，∠BOC=∠BOG=90°，
∵PF⊥BG，∠PFB=90°，
∴∠GBO=90°-∠BGO，∠EPO=90°-∠BGO，
∴∠GBO=∠EPO，
在△BOG和△POE中，
∵，
∴△BOG≌△POE（ASA）；

（2）解：猜想．
證明：如圖2，過P作PM∥AC交BG于M，交BO于N，
∴∠PNE=∠BOC=90°，∠BPN=∠OCB．
∵∠OBC=∠OCB=45°，
∴∠NBP=∠NPB．
∴NB=NP．
∵∠MBN=90°-∠BMN，∠NPE=90°-∠BMN，
∴∠MBN=∠NPE，
在△BMN和△PEN中，
∵，
∴△BMN≌△PEN（ASA），
∴BM=PE．
∵∠BPE=∠ACB，∠BPN=∠ACB，
∴∠BPF=∠MPF．
∵PF⊥BM，
∴∠BFP=∠MFP=90°．
在△BPF和△MPF中，
，
∴△BPF≌△MPF（ASA）．                                        
∴BF=MF． 
即BF=BM．
∴BF=PE．
即；

（3）解法一：如圖3，過P作PM∥AC交BG于點M，交BO于點N，
∴∠BPN=∠ACB=α，∠PNE=∠BOC=90°，
由（2）同理可得：BF=BM，∠MBN=∠EPN，
∵∠BNM=∠PNE=90°，
∴△BMN∽△PEN．
∴．
在Rt△BNP中，tanα=，
∴=tanα．
即=tanα．
∴=tanα．               

解法二：如圖3，過P作PM∥AC交BG于點M，交BO于點N，
∴BO⊥PM，∠BPN=∠ACB=α，
∵∠BPE=∠ACB=α，PF⊥BM，
∴∠EPN=α．∠MBN=∠EPN=∠BPE=α．
設BF=x，PE=y，EF=m，
在Rt△PFB中，tan=，
∵PF=PE+EF=y+m，
∴x=（y+m）tan，
在Rt△BFE中，tan==，
∴m=x•tan，
∴x=（y+xtan）•tan，
∴x=y•tan+x•tan²，
∴（1-tan²）x=y•tan，
∴．
即．

解法三：如圖3，過P作PM∥AC交BG于點M，交BO于點N，
∴∠BNP=∠BOC=90°．
∴∠EPN+∠NEP=90°．
又∵BF⊥PE，
∴∠FBE+∠BEF=90°．
∵∠BEF=∠NEP，
∴∠FBE=∠EPN，
∵PN∥AC，
∴∠BPN=∠BCA=α．
又∵∠BPE=∠ACB=α，
∴∠NPE=∠BPE=α．
∴∠FBE=∠BPE=∠EPN=α．
∵sin∠FPB=，
∴BP=，）
∵cos∠EPN=，
∴PN=PE•cos，
∵cos∠NPB=，
∴PN=BP•cosα，
∴EP•cos=BP•cosα，
∴EP•cos=•cosα，
∴．
點評：此題考查了正方形的性質、菱形的性質、相似三角形的判定與性質、全等三角形的判定與性質以及三角函數的定義等知識．此題綜合性很強，難度較大，注意準確作出輔助線是解此題的關鍵，注意數形結合思想的應用．