Question

兩個(gè)重疊的正多邊形，其中的一個(gè)繞某一個(gè)頂點(diǎn)旋轉(zhuǎn)所形成的有關(guān)問題．
實(shí)驗(yàn)與論證
設(shè)旋轉(zhuǎn)角∠A₁A_OB₁=α（α＜∠A₁A_OA₂），θ₃，θ₄，θ₅，θ₆所表示的角如圖所示．

（1）用含α的式子表示角的度數(shù)：θ₃=________，θ₄=________，θ₅=________；
（2）圖2中，連接A_oH時(shí)，在不添加其他輔助線的情況下，是否存在與直線A_oH垂直且被它平分的線段？若存在，請(qǐng)給出證明；若不存在，請(qǐng)說明理由；
歸納與猜想
設(shè)正n邊形A_OA₁A₂…A_n-1與正n邊形A_OB₁B₂…B_n-1重合（其中A₁與B₁重合），現(xiàn)將正n邊形A_OB₁B₂…B_n-1繞頂點(diǎn)A_o逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)α．
（3）試猜想在正n邊形的情況下，是否存在以A₁為端點(diǎn)的線段被直線A_oH垂直且平分？若存在，請(qǐng)將這條線段用相應(yīng)的頂點(diǎn)字母表示出來（不要求證明）；若不存在，請(qǐng)說明理由．
（4）設(shè)θ_n與上述“θ₃，θ₄，…”的意義一樣，請(qǐng)直接寫出θ_n的度數(shù)．

Answer 1

解：（1）60°-α，α，36°-α

（2）存在．下面就所選圖形的不同分別給出證明：
選圖如，圖中有直線A₀H垂直平分A₂B₂，證明如下：
方法一：
證明：∵△A₀A₁A₂與△A₀B₁B₂是全等的等邊三角形
∴A₀A₂=A₀B₂
∴∠A₀A₂B₂=∠A₀B₂A₂
又∵∠A₀A₂H=∠A₀B₂H=60°
∴∠HA₂B₂=∠HB₂A₂
∴A₂H=B₂H，∴點(diǎn)H在線段A₂B₂的垂直平分線上
又∵A₀A₂=A₀B₂，
∴點(diǎn)A₀在線段A₂B₂的垂直平分線上
∴直線A₀H垂直平分A₂B₂
方法二：
證明：∵△A₀A₁A₂與△A₀B₁B₂是全等的等腰三角形
∴A₀A₂=A₀B₂
∴∠A₀A₂B₂=∠A₀B₂A₂
又∵∠A₀A₂H=∠A₀B₂H=45°
∴∠HA₂B₂=∠HB₂A₂
∴A₂H=B₂H，
在△A₀A₂H與△A₀B₂H中
∵A₀A₂=A₀B₂，
HA₂=HB₂，∠A0A₂H=∠A₀B₂H
∴△A₀A₂H≌△A₀B₂H
∴∠A₀A₂H=∠B₂A₂H
∴A₀H是等腰三角形A₀A₂B₁的角平分線
∴直線A₀H垂直平分A₂B₂選圖如，圖中有直線A₀H垂直平分A₂B₂，
證明如下：
∵A₀B₂=A₀A₂∴∠A₀B₂A₂=∠A₀A₂B₂
又∵∠A₀B₂B₁=∠A₀A₂A₃
∴∠HB₂A₂=∠HA₂B₂
∴HB₂=HA₂
∴點(diǎn)H在線段A₂B₂的垂直平分線上
又∵A₀B₂=A₀A₂，
∴點(diǎn)A₀在線段A₂B₂的垂直平分線上
∴直線A₀H垂直平分A₂B₂

（3）存在．
當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，直線A₀H垂直平分 ，
當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，直線A₀H垂直平分 ．
（4）當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，θ_n=-α；
當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，θ_n=α．
分析：（1）由正三角形的性質(zhì)得α+θ₃=60°，再由正方形的性質(zhì)得θ₄=45°-（45°-α）=α，最后由正五邊形的性質(zhì)得θ5=108°-36°-36°-α=36°-α；
（2）存在，如在圖1中直線A₀H垂直且平分的線段A₂B₂，△A₀A₁A₂≌△A₀B₁B₂，推得A₂H=B₁H，則點(diǎn)H在線段A₂B₂的垂直平分線上；由A₀A₂=A₀B₁，則點(diǎn)A₀在線段A₂B₂的垂直平分線上，從而得出直線A₀H垂直且平分的線段A₂B₂
（3）當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，θ_n=-α；
當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，θ_n=α
（4）多寫幾個(gè)總結(jié)規(guī)律：
當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)，直線A₀H垂直平分 ，
當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)，直線A₀H垂直平分
點(diǎn)評(píng)：此題主要考查線段的垂直平分線的性質(zhì)等幾何知識(shí)．線段的垂直平分線上的點(diǎn)到線段的兩個(gè)端點(diǎn)的距離相等．