题目内容
【题目】在△ABC中,AC=5,AB=7,BC=4,点D在边AB上,且AD=3,动点P从点A出发,以每秒1个单位长度的速度向终点B运动,以PD为边向上作正方形PDMN,设点P运动的时间为t,正方形PDMN与△ABC重叠部分的面积为S.
(1)用含有t的代数式表示线段PD的长
(2)当点N落在△ABC的边上时,求t的值
(3)求S与t的函数关系式
(4)当点P在线段AD上运动时,作点N关于CD的对称点N′,当N′与△ABC的某一个顶点所连的直线平分△ABC的面积时,求t的值.
【答案】(1)当0<t≤3时,PD=3﹣t;当3<t≤7时,PD=t﹣3;(2)满足条件的t的值为s或5s;(3);(4)满足条件的t的值为1s或s或s.
【解析】
(1)分两种情况:当0<t≤3时,PD=3﹣t;当3<t≤7时,PD=t﹣3;
(2)根据(1)的两种情况,运用平行分线段成比例定理即可求得t的值;
(3)正方形PDMN与△ABC重叠部分的形状依次为五边形、正方形、五边形,
可分三段分别解答:
①如图4中,当0<t≤ 时,重叠部分是五边形EFPDM;
②如图5或6中,当<t≤5时,重叠部分是正方形PDMN;
③如图7中,当5<t≤7时,重叠部分是五边形EFPDM;
运用平行分线段成比例定理,分别求S与t的函数关系式;
(4)根据题意分析,可知点N关于CD的对称点N′落在AC、BC、AB三边的中线上,
分三种情况,画出图形,利用平行线分线段成比例定理构建方程即可解决问题.
(1)如图1中,作CD′⊥AB于D.
设 ,则
由勾股定理得: ; ;
解得: ,即
当0<t≤3时,PD=3﹣t.
当3<t≤7时,PD=t﹣3.
(2)①如图2中,当点N在AC上时,
∵MN∥AD,
解得.
②如图3中,当点N在BC上时,
∵MN∥BD,
解得t=5
综上所述,满足条件的t的值为s或5s.
(3)正方形PDMN与△ABC重叠部分的面积依次为五边形、正方形、五边形,所以分三种情况讨论:
①如图4中,当0<t≤时,重叠部分是五边形EFPDM,
s=S正方形MDPN﹣S△NEF=(3﹣t)2﹣ (3﹣t﹣ t)2= ;
②如图5或6中,当 <t≤5时,重叠部分是正方形PDMN,s=t2﹣6t+9
③如图7中,当5<t≤7时,重叠部分是五边形EFPDM,s=S正方形MNPD﹣S△EFN=(t﹣3)2﹣ [(t﹣3)﹣(7﹣t)]2=﹣t2+14t﹣41.
综上所述,.
(4)N关于CD的对称点N′与△ABC的某一个顶点所连的直线平分△ABC的面积,
则N′落在△ABC的中线上,所以分三种情况讨论:
如图8中,当点N′落在中线AE上时,作EK⊥BC于K,N′J⊥AB于J.
∵JN′∥EK,
,
则有 ,
解得t=1.
如图9中,当点N′落在中线BG上时,作GK⊥BC于K,N′J⊥AB于J.
∵N′J∥GK,
,
解得
如图10中,当点N′落在中线CF上时,
∵MN′∥DF,
,
,
解得
综上所述,满足条件的t的值为1s或 s或 s.