题目内容

【题目】如图,在Rt△ABC中,∠A=90°,AB=AC=4.一动点P从点B出发,沿BC方向以每秒1个单位长度的速度匀速运动,到达点C即停止,在整个运动过程中,过点P作PD⊥BC与Rt△ABC的直角边相交于点D,延长PD至点Q,使得PD=QD,以PQ为斜边在PQ左侧作等腰直角三角形PQE.设运动时间为t秒(t>0)

(1)在整个运动过程中,判断PE与AB的位置关系是

(2)如图2,当点D在线段AB上时,连接AQ、AP,是否存在这样的b,使得AP=PQ?若存在,求出对应的t的值;若不存在,请说明理由;

(3)当t=4时,点D经过点A:当t=时,点E在边AB上.设△ABC与△PQE重叠部分的面积为S,请求出在整个运动过程中S与t之间的函数关系式,以及写出相应的自变量t的取值范围,并求出当4<t≤时S的最大值.

【答案】(1)PE与AB互相垂直,理由详见解析;(2)t的值为;(3)详见解析.

【解析】

(1)结论:PE与AB互相垂直.理由等腰直角三角形的性质即可证明.

(2)如图2中,过点A作AH⊥BC于点H.根据AP=PQ,构建方程即可解决问题.

(3)分三种情形:①如图3﹣1中,当0<t≤4时.△ABC与△PQE的重叠部分为△PFD.②如图3﹣2中,当4<t≤时,△ABC与△PQE的重叠部分为四边形PDAF.③如图3﹣3中,当<t≤8时,△ABC与△PQE的重叠部分为四边形FEPD.分别求解即可.

解:(1)结论:PE与AB互相垂直.

理由:如图1中,设PE交AB于K.

∵△ABC,△PQE都是等腰直角三角形,

∴∠B=∠EPQ=45°,

∵PQ⊥BC,

∴∠BPQ=90°,

∴∠EPB=90°,

∴∠B+∠EPB=90°,

∴∠PKB=90°,

∴PE⊥AB.

(2)如图2中,过点A作AH⊥BC于点H.

∵Rt△ABC中,AB=AC=4

∴BC==8,

∴AH=BH=CH=4,

依题意得BP=t.PH=BH﹣BP=4﹣t,

∴PA==,

∵PD⊥BC,∠B=45°,

∴PD=BP=t,PQ=2PD=2t,

∵PQ=AP,

∴2t=,

解得:t=或(舍弃),

∴t的值为.

(3)如图3﹣1中,△ABC与△PQE的重叠部分为△PFD.

由题意可得△PFD、△BPD为等腰直角三角形,

∴BP=PD=t,

∴PF=DF=PDcos45°=t,

∴S=PFDF=(0<t≤4).

如图3﹣2中,△ABC与△PQE的重叠部分为四边形PDAF.

由题意可得△PFB、△PDC为等腰直角三角形,

∵BP=t,PC=BC﹣PB=8﹣t,

∴BF=PF=t,DP=PC=8﹣t,

∴S=S△ABC﹣S△PFB﹣S△PDC

=×4×4﹣×t×t﹣(8﹣t)(8﹣t)

=﹣t2+8t﹣16(4<t≤)

=﹣(t﹣)2+

∵﹣<0,

∴当x=时,S有最大值.

如图3﹣3中,△ABC与△PQE的重叠部分为四边形FEPD.

∵CP=PD=8﹣t,

∴QD=PD=8﹣t,PQ=16﹣2t,

由题意可得△QDF为等腰直角三角形

∴QF=(8﹣t),QE=(16﹣2t),

∴S=S△PQE﹣S△QDF

=×(16﹣2t)(16﹣2t)﹣×(8﹣t)×(8﹣t)

=﹣12t+48(<t≤8).

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