题目内容
【题目】已知菱形ABCD中,∠ABC=60°,AB=4,点M在BC边上,过点M作PM∥AB交对角线BD于点P,连接PC.
(1)如图1,当BM=1时,求PC的长;
(2)如图2,设AM与BD交于点E,当∠PCM=45°时,求证:=;
(3)如图3,取PC的中点Q,连接MQ,AQ.
①请探究AQ和MQ之间的数量关系,并写出探究过程;
②△AMQ的面积有最小值吗?如果有,请直接写出这个最小值;如果没有,请说明理由.
【答案】(1);(2)见解析;(3)①AQ=MQ,见解析,②有,
【解析】
(1)过点P作PF⊥BC于点F,首先利用菱形的性质得出∠ABD=∠CBD=30°,AB=BC=CD=AD=4,然后根据平行线的性质得出∠ABD=∠BPM=∠CBD=30°,∠PMF =∠ABC=60°,进而可求出PM,PF,MF的长度,从而FC的长度可求,最后利用勾股定理即可求PC的长度;
(2)过点P作PG⊥BC于点G,设MG=x,由(1)可知:BM=PM=2x,GC=PG=x,然后利用BM+MG+GC=BC求出x的值,进而可求出BM的长度,最后利用平行线分线段成比例即可得出结论;
(3)①延长MQ与CD交于点H,连接AH,AC,首先证明△PMQ≌△CHQ,则有PM=CH=BM,MQ=HQ,然后利用菱形的性质和等边三角形的性质证明 △ABM≌△ACH,则有AM=AH,∠BAM=∠CAH,则△AMH为等边三角形,则利用等边三角形的性质即可得出AQ,MQ之间的关系;
②根据①中的结论有,当AM取最小值时,MQ有最小值,当时,AM最小,求出此时的AM,MQ的值,最后利用求解即可.
解:(1)如图,过点P作PF⊥BC于点F.
∵四边形ABCD是菱形,∠ABC=60°,
∴∠ABD=∠CBD=30°,AB=BC=CD=AD=4.
∵PM∥AB,
∴∠ABD=∠BPM=∠CBD=30°,∠PMF =∠ABC=60°,
∴PM=BM=1,
∴MF=PM=,PF= ,
∴FC=BC-BM-MF=4-1-=,
∴PC==.
(2)证明:如图,过点P作PG⊥BC于点G.
∵∠PCM=45°,
∴∠CPG=∠PCM=45°,
∴PG=GC.
设MG=x,由(1)可知:BM=PM=2x,GC=PG=x,
由BM+MG+GC=BC得:2x+x+x=4,
∴x=,
∴BM=.
∵四边形ABCD是菱形,
∴BM∥AD,
∴
(3)①如图,延长MQ与CD交于点H,连接AH,AC.
∵PM∥AB∥CD,
∴∠PMQ=∠CHQ,∠MPQ=∠HCQ.
∵Q是PC的中点,
∴PQ=CQ,
∴△PMQ≌△CHQ,
∴PM=CH=BM,MQ=HQ.
∵四边形ABCD是菱形,∠ABC=60°,
∴△ABC为等边三角形,
∴AB=AC,∠ABM=∠ACH=60°,
∴△ABM≌△ACH,
∴AM=AH,∠BAM=∠CAH,
∴∠MAH=∠BAC=60°,
∴△AMH为等边三角形,
∴AQ⊥MH,∠MAQ=∠MAH=30°,
∴AQ=MQ.
②∵AQ⊥MH,∠MAQ=∠MAH=30°,
,
∴当AM取最小值时,MQ有最小值.
当时,AM最小,此时 ,
∴MQ的最小值为,
此时
∴△AMQ的面积有最小值,最小值为