题目内容

2.如图,在平面直角坐标系中,点O为坐标原点,等腰△ABC,AB=AC,点B在x轴负半轴上,点C在x轴正半轴上,点A在y轴正半轴上,且BC=OA,△ABC的面积为32.点D为AO中点,过点D的直线l平行于x轴.动点P在x轴上从点B出发以每秒1个单位长度的速度向终点C运动,同时点Q在y轴上从点A出发以每秒2个单位长度的速度向y轴负半轴运动,设运动时间为t(t>0)秒,当点P停止运动时点Q同时停止运动.

(1)求点C的坐标.
(2)当点Q在线段AD上时,设△PQD的面积为S,请用含t的式子来表示S.
(3)点E为直线l上一点,是否存在t值使△PQE为等腰直角三角形?若存在求t值并直接写出点E的坐标;若不存在,请说明理由.

分析 (1)根据三角形ABC的面积求出AB和OC的长,得出点C的坐标;
(2)由同时开始,用时间t表示出DQ=4-2t,PO=4-t,求出s与t的函数关系式;
(3)满足△MNP为等腰直角三角形的情形有三种,利用点E既是PQ的垂直平分线上,也在直线l上,根据勾股定理和平面坐标系中两直线互相垂直,比例系数的积为-1,求出t和D点的坐标.

解答 解:(1)△ABC的面积=$\frac{1}{2}$BC•AO=32,
∵BC=OA,
∴BC=8,OC=OB=$\frac{1}{2}$BC=4,
故点C的坐标为(0,4).
(2)依照题意画出图形,如图1所示.

∵BC=OA=8,
∴点P的坐标为(t-4,0),点Q的坐标(0,8-2t),点D的坐标为(0,4),
∴DQ=4-2t,PO=4-t.
△PQD的面积S=$\frac{1}{2}$DQ•PO=$\frac{1}{2}$×(4-2t)×(4-t)=t2-6t+8.
∵点Q在线段AD上,
∴DQ=4-2t≥0,即t≤2.
故△PQD的面积S关于时间t的关系式为y=t2-6t+8(0≤t≤2).
(3)假设存在,设点E的坐标为(m,4),
由(2)可知点P的坐标为(t-4,0),点Q的坐标(0,8-2t).
结合两点间的距离公式可得:PE=$\sqrt{(m-t+4)^{2}+{4}^{2}}$,EQ=$\sqrt{{m}^{2}+(4-8+2t)^{2}}$,PQ=$\sqrt{(t-4)^{2}+(-8+2t)^{2}}$.
△PQE为等腰直角三角形分三种情况:
①PE=EQ,且PE2+EQ2=PQ2,点E在线段PQ的垂直平分线上,
∴PQ的中点M($\frac{t-4}{2}$,4-t),
∴直线EQ的解析式为y=$\frac{1}{2}$x+8-2t,
∵点M在直线l上,
∴y=4,
即$\frac{1}{2}$m+8-2t=4,
∴m=-2-$\frac{3}{2}$t,
∵EQ2+PE2=PQ2,
∴2PE2=PQ2,
∴2[(t-4-m)2+16]=5(t-4)2,
∴t=-$\frac{4}{3}$(舍)或t=4(∵t=4时,点P,Q重合,∴舍去),
②当PE=PQ时,且PE2+PQ2=EQ2,
∴直线PE的解析式为y=-$\frac{1}{2}$x+$\frac{1}{2}$(t-4),
∵点E在直线l上,
∴-$\frac{1}{2}$m+$\frac{1}{2}$(t-4),
∴m=t-4,
∴10(t-4)2=m2+(4-2t)2,
∴t=$\frac{16}{5}$,m=-$\frac{4}{5}$或t=8,m=0,
∴E(-$\frac{4}{5}$,4)或E(0,4),
③当QE=PQ时,且QE2+PQ2=PE2,
∴直线QE的解析式为y=$\frac{1}{2}$x+8-2t,
∵点E在直线l上,
∴-$\frac{1}{2}$m+8-2t=4,
∴m=8-4t,
∵QE2+PQ2=PE2,
∴10(t-4)2=(t-4-m)2+16,
∴t=0,m=8或t=$\frac{8}{3}$,m=-$\frac{8}{3}$,
∴E($\frac{8}{3}$,4)或E(-$\frac{8}{3}$,4),
即:t=$\frac{16}{5}$,E(-$\frac{4}{5}$,4)或t=8,E(0,4)或t=0,E($\frac{8}{3}$,4)或t=$\frac{8}{3}$,E(-$\frac{8}{3}$,4).

点评 本题是一次函数的综合题,用运动时间表示出线段和点的坐标,解决本题的关键时分情况计算,本题的难点是以点E为等腰直角三角形的直角顶点时,用PQ的垂直平分线和直线l的交点就是E点.

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