Question

如图，正方形ABCD的四个顶点分别在四条平行线l₁、l₂、l₃、l₄上，这四条直线中相邻两条之间的距离依次为h₁、h₂、h₃（h₁＞0，h₂＞0，h₃＞0）．
（1）求证：h₁=h₃； 
（2）设正方形ABCD的面积为S，求证：S=（h₂+h₁）²+h₁²；
（3）若，当h₁变化时，说明正方形ABCD的面积为S随h₁的变化情况．

Answer

（1）过A点作AF⊥l3分别交l2、l3于点E、F，过C点作CH⊥l2分别交l2、l3于点H、G，根据正方形的性质和平行线的性质，证△ABE≌△CDG即可；
（2）易证△ABE≌△BCH≌△CDG≌△DAF，且两直角边长分别为h1、h1+h2，四边形EFGH是边长为h2的正方形，所以
．
（3）根据题意用h2关于h1的表达式代入S，即可求出h1取何范围是S的变化．
（1）证明：过A点作AF⊥l3分别交l2、l3于点E、F，过C点作CH⊥l2分别交l2、l3于点H、G，
∵四边形ABCD是正方形，l1∥l2∥l3∥l4，
∴AB=CD，∠ABE+∠HBC=90°，
∵CH⊥l2，
∴∠BCH+∠HBC=90°，
∴∠BCH=∠ABE，
∵∠BCH=∠CDG，
∴∠ABE=∠CDG，
∵∠AEB=∠CGD=90°，
∴△ABE≌△CDG（AAS），
∴AE=CG，
即h1=h3，

（2）证明：∵四边形ABCD是正方形，
∴AB=BC=CD=DA，
∵∠AEB=∠DFA=∠BHC=∠CGD=90°，∠ABE=∠FAD=∠BCH=∠CDG，
∴△AEB≌△DAF≌△BCH≌△CGD，且两直角边长分别为h1、h1+h2，
∴四边形EFGH是边长为h2的正方形，
∴，

（3）【解析】
由题意，得，
所以，
又，
解得0＜h1＜，
∴当0＜h1＜时，S随h1的增大而减小；
当h1=时，S取得最小值；当＜h1＜时，S随h1的增大而增大．