📡 动点实时遥测
主动点进度 t:
0.200
📌 原题题干
如图,等边三角形 ABC 的边长为 4,点 D 是直线 AB 上一点.将线段 CD 绕点 D 顺时针旋转 60° 得到线段 DE,连接 BE.
(1)若点 D 在 AB 边上,证明 AD=BE;
(2)连接 AE,当 AE 的长最小时,求 CD 的长.
(1)若点 D 在 AB 边上,证明 AD=BE;
(2)连接 AE,当 AE 的长最小时,求 CD 的长.
📊 几何量度与最值对比
主动点(瓜)
从动点(豆)
运动轨迹
瓜豆辅助形
目标测量线
🧠 瓜豆原理核心剖析
1. 手拉手全等证明 (1):△ABC 与 △CDE 均为等边三角形,CA = CB, CD = CE, ∠ACB = ∠DCE = 60°,故 ∠ACD = ∠BCE,可证 △ACD ≌ △BCE (SAS),得到 AD = BE。
2. 瓜豆原理定 E 轨迹 (2):由全等得 ∠CBE = ∠A = 60°。因为点 B、C 均为定点,故从动点 E 在过点 B 且与 BC 成 60° 角的定直线 BE 上运动!
3. AE 最小位置:A 为定点,E 在直线 BE 上运动,根据“垂线段最短”,当 AE ⊥ BE 于点 F 时,AE 达到最小值。
4. 求 CD 的长:在极值时刻,CD = CE = CF,由直角三角形勾股定理计算出 CD = 2√7。
2. 瓜豆原理定 E 轨迹 (2):由全等得 ∠CBE = ∠A = 60°。因为点 B、C 均为定点,故从动点 E 在过点 B 且与 BC 成 60° 角的定直线 BE 上运动!
3. AE 最小位置:A 为定点,E 在直线 BE 上运动,根据“垂线段最短”,当 AE ⊥ BE 于点 F 时,AE 达到最小值。
4. 求 CD 的长:在极值时刻,CD = CE = CF,由直角三角形勾股定理计算出 CD = 2√7。
📝 完整推导与几何证明
① 证明 (1) AD = BE:
∵ △ABC 是等边三角形,∴ AB = BC = AC, ∠A = ∠ABC = ∠ACB = 60°;
∵ CD 绕点 D 顺时针旋转 60° 得 DE,∴ CD = DE 且 ∠CDE = 60°,∴ △CDE 为等边三角形;
∴ CD = CE, ∠DCE = 60°;
∴ ∠ACB - ∠BCD = ∠DCE - ∠BCD,即 ∠ACD = ∠BCE;
在 △ACD 和 △BCE 中,AC = BC, ∠ACD = ∠BCE, CD = CE,
∴ △ACD ≌ △BCE (SAS),∴ AD = BE;
② 求解 (2) AE 最小时 CD 的长:
由 △ACD ≌ △BCE,得 ∠CBE = ∠A = 60°;
∴ ∠ACB = ∠CBE = 60°,∴ AC ∥ BE;
点 E 的运动轨迹是定直线 BE;
过点 A 作 AF ⊥ BE 交 EB 延长线于 F,当点 E 与 F 重合时,AE 最短;
此时 AF ⊥ BE,又 AC ∥ BE,∴ AF ⊥ AC;
在 Rt△ABF 中,AB = 4,∠ABF = 180° - 60° - 60° = 60°,
∴ AF = AB · sin 60° = 4 × (√3 / 2) = 2√3;
在 Rt△ACF 中,CF = √(AC² + AF²) = √[4² + (2√3)²] = √(16 + 12) = √28 = 2√7;
此时 CD = CE = CF = 2√7。
∵ △ABC 是等边三角形,∴ AB = BC = AC, ∠A = ∠ABC = ∠ACB = 60°;
∵ CD 绕点 D 顺时针旋转 60° 得 DE,∴ CD = DE 且 ∠CDE = 60°,∴ △CDE 为等边三角形;
∴ CD = CE, ∠DCE = 60°;
∴ ∠ACB - ∠BCD = ∠DCE - ∠BCD,即 ∠ACD = ∠BCE;
在 △ACD 和 △BCE 中,AC = BC, ∠ACD = ∠BCE, CD = CE,
∴ △ACD ≌ △BCE (SAS),∴ AD = BE;
② 求解 (2) AE 最小时 CD 的长:
由 △ACD ≌ △BCE,得 ∠CBE = ∠A = 60°;
∴ ∠ACB = ∠CBE = 60°,∴ AC ∥ BE;
点 E 的运动轨迹是定直线 BE;
过点 A 作 AF ⊥ BE 交 EB 延长线于 F,当点 E 与 F 重合时,AE 最短;
此时 AF ⊥ BE,又 AC ∥ BE,∴ AF ⊥ AC;
在 Rt△ABF 中,AB = 4,∠ABF = 180° - 60° - 60° = 60°,
∴ AF = AB · sin 60° = 4 × (√3 / 2) = 2√3;
在 Rt△ACF 中,CF = √(AC² + AF²) = √[4² + (2√3)²] = √(16 + 12) = √28 = 2√7;
此时 CD = CE = CF = 2√7。
🎯 最终标准答案
🏆 结论:
当 AE 最小时,CD 的长为 2√7(约 5.292)