题目内容
【题目】如图,O是平面直角坐标系的原点.在四边形OABC中,AB∥OC,BC⊥x轴于C,A(1,1),B(3,1),动点P从O点出发,沿x轴正方向以2个单位/秒的速度运动.设P点运动的时间为t秒(0<t<2).
(1)求经过O、A、B三点的抛物线的解析式;
(2)过P作PD⊥OA于D,以点P为圆心,PD为半径作⊙P,⊙P在点P的右侧与x轴交于点Q.
①则P点的坐标为_____,Q点的坐标为_____;(用含t的代数式表示)
②试求t为何值时,⊙P与四边形OABC的两边同时相切;
③设△OPD与四边形OABC重叠的面积为S,请直接写出S与t的函数解析式.
【答案】 (2t,0) ((2+)t,0)
【解析】分析:(1)利用待定系数法即可得出结论;
(2)①先用含t的代数式表示出OP,再利用锐角三角函数表示出PD,进而表示出OQ即可得出结论;
②分⊙P与AB相切时,⊙P与BC相切时两种情况,利用直线和圆相切的性质建立方程求解即可;
③分0<t≤1,1<t≤,<t<2三种情况,利用几何图形的面积公式即可得出结论.
详解:(1)因为抛物线经过原点O,所以设抛物线解析式为y=ax2+bx.
又因为抛物线经过A(1,1),B(3,1),
所以有解得,
所以抛物线解析式为y=﹣x2+x
(2)①由运动知,OP=2t,
∴P(2t,0),
∵A(1,1),
∴∠AOC=45°,
∵PD⊥OA,
∴PD=OPsin∠AOC=t,
∵PD为半径作⊙P,⊙P在点P的右侧与x轴交于点Q,
∴PQ=PD=t,
∴OQ=OP+PQ=2t+t=(2+)t
∴Q((2+)t,0),
故答案为(2t,0),((2+)t,0);
②当⊙P与AB相切时, t=1,所以t=;
当⊙P与BC相切时,即点Q与点C重合,所以(2+)t=3,解得t=.
(3)①当0<t≤1,如图1,重叠部分的面积是S△OPQ,
过点A作AF⊥x轴于点F,
∵A(1,1),
在Rt△OAF中,AF=OF=1,∠AOF=45°,
在Rt△OPQ中,OP=2t,∠OPQ=∠QOP=45°,
∴PQ=OQ=2tcos45°=t,
∴S=(t)2=t2,
②当1<t≤,如图2,设PQ交AB于点G,
作GH⊥x轴于点H,∠OPQ=∠QOP=45°,
则四边形OAGP是等腰梯形,PH=GH=AF=1,
重叠部分的面积是S梯形OAGP.
∴AG=FH=OP﹣PH﹣OF=2t﹣2,
∴S=(AG+OP)AF=(2t+2t﹣2)×1=2t﹣1.
③当<t<2,如图3,设PQ与AB交于点M,交BC于点N,
重叠部分的面积是S五边形OAMNC.
因为△PNC和△BMN都是等腰直角三角形,
所以重叠部分的面积是S五边形OAMNC=S梯形OABC﹣S△BMN.
∵B(3,1),OP=2t,
∴CN=PC=OP﹣OC=2t﹣3,
∴BM=BN=1﹣(2t﹣3)=4﹣2t,
∴S=(2+3)×1﹣(4﹣2t)2=﹣2t2+8t﹣.
即:S=.