12. 综合与实践课上,老师让同学们以“正方形的折叠”为主题开展数学活动.在正方形 $ABCD$ 的边 $AD$ 上选一点 $F$,沿 $BF$ 折叠,使点 $A$ 落在正方形 $ABCD$ 的内部.
(1)操作判断
①如图①,当点 $A$ 落在正方形 $ABCD$ 的对角线 $BD$ 上的点 $E$ 处时,连接 $CE$ 并延长,交 $BF$ 的延长线于点 $M$,则 $∠ M =$
45
$°$.
②如图②,改变点 $F$ 的位置,当点 $A$ 落在正方形 $ABCD$ 的内部任意一点 $E$ 处时,$∠ M =$
45
$°$.
(2)迁移探究
如图③,当点 $A$ 落在正方形 $ABCD$ 的对角线 $BD$ 上的点 $E$ 处时,过点 $E$ 作 $EG ⊥ CD$ 于点 $G, EH ⊥ BC$ 于点 $H$,连接 $AE,GH$,试猜想 $AE,GH$ 的数量关系并证明.
(3)拓展应用
延长 $BE$ 交正方形 $ABCD$ 的一边于点 $N$,已知正方形 $ABCD$ 的边长为 $4$,当 $△ DEN$ 是等腰三角形时,直接写出 $AN$ 的长.

答案:12. (1)①45 ②45 解析:过点 B 作$BH⊥CE$于点 H,如图①,②,∵ 四边形 ABCD 是正方形,$\therefore AB=BC$,由折叠的性质可知,$AB=BE,∠ABF=∠EBF=\frac {1}{2}∠ABE,\therefore BE=BC$.在$Rt△BHE$和$Rt△BHC$中,$\{\begin{array}{l} BE=BC,\\ BH=BH,\end{array} \therefore Rt△BHE≌ Rt△BHC(HL),\therefore ∠EBH=∠CBH=\frac {1}{2}∠CBE,\therefore ∠FBH=∠EBF+∠EBH=\frac {1}{2}∠ABE+\frac {1}{2}∠CBE=\frac {1}{2}∠ABC=45^{\circ },∠M=180^{\circ }-∠BHM-∠MBH=45^{\circ }$.


(2)$AE=GH$.证明如下:如图③,连接 CE.∵ 四边形 ABCD 是正方形,$\therefore AB=BC,∠ABE=∠CBE=45^{\circ },∠BCD=90^{\circ }$.在$△ABE$和$△CBE$中,$\{\begin{array}{l} AB=CB,\\ ∠ABE=∠CBE,\\ BE=BE,\end{array} \therefore △ABE≌ △CBE(SAS),\therefore AE=CE.\because EG⊥CD,EH⊥BC,\therefore ∠EGC=∠EHC=∠HCG=90^{\circ }$,∴ 四边形 CGEH 是矩形,$\therefore CE=GH,\therefore AE=GH$.

(3)3或$\sqrt {17}$解析:∵ 正方形 ABCD 的边长为 4,$\therefore AB=AD=BC=CD=4,∠BAD=∠BCD=90^{\circ }$.由折叠的性质可知,$BE=AB=4$.当$△DEN$是等腰三角形时,由题意可知,$∠DNE>90^{\circ }$,即只有$ND=NE$时,等腰三角形 DEN 存在.①如图④,当点 N 在 AD 边上时,设$ND=NE=a$,则$AN=AD-ND=4-a,BN=BE+NE=4+a$.在$Rt△BAN$中,$AB^{2}+AN^{2}=BN^{2},\therefore 4^{2}+(4-a)^{2}=(4+a)^{2}$,解得$a=1$,即$ND=1,\therefore AN=4-1=3$.②如图⑤,当点 N 在 CD 边上时,设$ND=NE=a$,则$CN=CD-ND=4-a,BN=BE+NE=4+a$.在$Rt△BCN$中,$BC^{2}+CN^{2}=BN^{2},\therefore 4^{2}+(4-a)^{2}=(4+a)^{2}$,解得$a=1$,即$ND=1,\therefore AN=\sqrt {AD^{2}+ND^{2}}=\sqrt {17}$.综上可知,当$△DEN$是等腰三角形时,AN 的长为 3或$\sqrt {17}$.
