1.剪切拼凑是一种技巧,数形结合是一种思想,二者完美结合可以碰撞出美丽的火花.图①是一个长为$2a$,宽为$2b$的长方形,沿图中虚线用剪刀分成四块小长方形,然后按图②的形状拼成一个正方形.
(1)观察图②中阴影部分的面积,直接写出$(a+b)^2,(a-b)^2,ab$之间的等量关系;
(2)根据(1)中的等量关系,已知$a+b=4,ab=3$,求$(a-b)^2$的值.

答案:1.解:(1)
∵题图②中阴影部分的面积为
$(a+b)^2-4ab$或$(a-b)^2$,
∴$(a-b)^2=(a+b)^2-4ab$.
(2)由(1)得$(a-b)^2=(a+b)^2-4ab$,
当$a+b=4,ab=3$时,$(a-b)^2=4^2-4×3=4$.
解析:
【分析】
(1)要推导$(a+b)^2$、$(a-b)^2$、$ab$的等量关系,可通过阴影部分面积的两种表示方法求解:一是直接观察阴影为正方形,先确定其边长,即可写出面积表达式;二是用大正方形的总面积减去周围4个小长方形的面积得到阴影面积,两个面积相等即可推出三者关系。
(2)将已知的$a+b$和$ab$的值直接代入(1)中得到的等量关系,进行计算即可求出$(a-b)^2$的值。
【解析】
(1) 观察图②可知,大正方形的边长为$a+b$,面积为$(a+b)^2$;4个小长方形的总面积为$4ab$,因此阴影部分的面积可表示为$(a+b)^2-4ab$。
同时阴影部分是正方形,其边长为$a-b$,面积也可表示为$(a-b)^2$。
因为两种方式表示的是同一个阴影的面积,因此可得等量关系:$(a-b)^2=(a+b)^2-4ab$。
(2) 把$a+b=4$,$ab=3$代入(1)所得的关系式中:
$\begin{split}(a-b)^2&=(a+b)^2-4ab\\&=4^2 - 4×3\\&=16-12\\&=4\end{split}$
【答案】
(1) $(a-b)^2=(a+b)^2-4ab$
(2) $4$
【知识点】
1. 完全平方公式的几何背景
2. 完全平方公式变形
3. 代数式求值
【点评】
本题通过图形剪切拼接的形式,考查数形结合思想的应用,解题关键是用不同方法表示同一个图形的面积,从而推导出完全平方公式的变形关系,再代入数值计算即可,整体难度较低。
【难度系数】
0.8
2.现有若干张正方形纸片,从中任取两张大小不等的正方形纸片如图摆放,A,D,E三点在一条直线上.
(1)如图①,若AE=4,CG=2,求这两个正方形的面积之和.
(2)如图②,若正方形ABCD和正方形DEFG的面积之和是36,AE的长度为8,求图中阴影部分的面积.
(3)如图③,正方形ABCD和正方形DEFG的边长分别为a,b(a>b),如果a+b=12,ab=28,求图中阴影部分的面积.

答案:2.解:(1)
∵$AD=CD,DE=DG,AE=4,CG=2$,
∴$AE-AD=DE=DG=CD-CG$,
∴$4-AD=AD-2$,解得$AD=3$,$\therefore DG=1$,
则两个正方形的面积之和是$AD^2+DG^2=3^2+1^2=10$.
(2)设正方形ABCD的边长为x,正方形DEFG的边长为y,
∴$x^2+y^2=36$,$x+y=8$,
∴$(x+y)^2=x^2+2xy+y^2=64$,$\therefore xy=14$,
∴阴影部分的面积之和为$2×\frac{1}{2}xy=14$.
(3)
∵$a+b=12,ab=28$,
∴$(a-b)^2=(a+b)^2-4ab=12^2-4×28=32$,
∴阴影部分的面积为$\frac{1}{2}a^2-\frac{1}{2}b^2-2×\frac{1}{2}b(a-b)=\frac{1}{2}(a-b)^2=\frac{1}{2}×32=16$.
解析:
【分析】
(1) 设大正方形ABCD的边长为x,小正方形DEFG的边长为y。由图可知AE为两个正方形边长之和,即x+y=4;CG为两个正方形边长之差,即x-y=2。联立两个等式即可求出x、y的值,再代入面积公式计算两正方形面积之和即可。
(2) 设大、小正方形边长分别为x、y,根据题意可得x²+y²=36,x+y=8。观察阴影部分是两个直角边分别为x、y的直角三角形,总面积为2×$\frac{1}{2}$xy=xy。利用完全平方公式的变形$xy=\frac{(x+y)^2-(x^2+y^2)}{2}$,代入已知数值即可求出阴影面积。
(3) 首先通过割补法表示阴影部分的面积:用大正方形中△ACD的面积,减去底为(a+b)、高为b的三角形面积,再减去小正方形中右上角三角形的面积,化简后可得阴影面积为$\frac{1}{2}(a-b)^2$。再利用完全平方公式变形$(a-b)^2=(a+b)^2-4ab$,代入a+b=12、ab=28即可计算出结果。
【解析】
(1) 由题意得大正方形边长AD=CD,小正方形边长DE=DG,已知AE=AD+DE=4,CG=CD-DG=AD-DE=2。
联立得:$\begin{cases}AD+DE=4\\AD-DE=2\end{cases}$,解得AD=3,DE=1。
则两个正方形的面积之和为$AD^2+DE^2=3^2+1^2=10$。
(2) 设正方形ABCD的边长为x,正方形DEFG的边长为y。
由题意得:$x^2+y^2=36$,$x+y=8$。
对$x+y=8$两边平方得:$(x+y)^2=x^2+2xy+y^2=64$。
将$x^2+y^2=36$代入得:$36+2xy=64$,解得$xy=14$。
阴影部分总面积为$2×\frac{1}{2}xy=xy=14$。
(3) 已知正方形ABCD边长为a,正方形DEFG边长为b。
阴影部分面积:
$S_{阴}=S_{△ ACD} - S_{△ AEG} - S_{△ EFG}$
$=\frac{1}{2}a^2 - \frac{1}{2}b(a+b) - \frac{1}{2}b^2$
$=\frac{1}{2}a^2 - \frac{1}{2}ab - \frac{1}{2}b^2 - \frac{1}{2}b^2$
$=\frac{1}{2}(a^2-2ab+b^2)=\frac{1}{2}(a-b)^2$
由完全平方公式变形得$(a-b)^2=(a+b)^2-4ab$,代入a+b=12、ab=28:
$(a-b)^2=12^2-4×28=144-112=32$
则$S_{阴}=\frac{1}{2}×32=16$。
【答案】
(1) $\boxed{10}$;(2) $\boxed{14}$;(3) $\boxed{16}$
【知识点】
完全平方公式变形,正方形性质,割补法求面积
【点评】
本题是典型的数形结合题型,将几何图形的边长、面积关系与代数恒等变形结合考察,解题的核心是从图形中提取出边长的数量关系,再熟练运用$a\pm b$、$ab$、$a^2+b^2$之间的互化公式求解,能够有效锻炼学生的逻辑推理和运算能力。
【难度系数】
0.65