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2025 年广东预赛
正方形内垂直与角度条件求长
F3填空题平面几何综合
设 ABCD 是一个正方形,点 E 在正方形内,满足 AE⊥DE,且
∠EBC=∠EAB+45∘.
若 AE=1,则 BE 的长度为。
作答
分数写 a/b,根号写 √ 或 sqrt,π 写 pi 也可以。
解析
提示
以 AB 为横轴建立坐标系,用 α=∠EAB 参数化单位向量 AE。
思路
垂直条件先确定正方形边长,再把角度条件化成正切方程。
解答
设正方形边长为 s,取
A=(0,0),B=(s,0),C=(s,s),D=(0,s).
令 α=∠EAB。因 AE=1 且 E 在正方形内,
E=(cosα,sinα),0<α<45∘.
由 AE⊥DE,
(cosα,sinα)⋅(cosα,sinα−s)=0,
故
s=sinα1.(1)
记 β=∠EBC=α+45∘。从点 B 看,BC 为竖直方向,所以
tanβ=sinαs−cosα.
令 t=tanα,代入 (1) 得
1−t1+t=t21+t2−t.
整理为
(2t−1)(t2+1)=0.
因为 t>0,所以 t=1/2,即
cosα=52,sinα=51,s=5.
因此
BE2=(5−52)2+(51)2=2,
从而
BE=2.
复核
α<45∘ 保证 tan(α+45∘) 的分母为正;所得点 E=(2/5,1/5) 的两个坐标都严格介于 0 与边长 5 之间。
方法总结
正方形内的垂直与角度和条件适合用一个锐角参数化。先用点积消去边长,再用正切加法公式 得到单变量方程。
为什么评为 F3(会透露解法方向)
以AE为单位选其倾角,垂直条件先定方边为1/sinα,再把B处角差化为正切方程,关键是处理观察方向与α范围。
用到的方法(会透露解法方向)
核心工具:建直角坐标系解几何题、用实参数表示后求全局最值
专题卡:坐标法、设角为参数求值与最值