题目内容

【题目】问题提出:

(1)如图①,在正方形中,,点,分别在,上,连接,若,,以为斜边,向下作直角三角形,则在边上存在 个符合条件的直角顶点;

问题探究:

(2)如图②,在(1)的条件下,是符合题意的一个直角三角形,求的面积;

问题解决:

(3)某小区有一个边长为40米的正方形活动区域,小区物业在一面墙的处安装台监控器,该监控器的视角为,监控器可以左右来回转动,并且可以监控该区域的每一个地方.如图③,正方形是过点的一个水平面,,与正方形在同一个平面内,连接,若为面积的最值.

【答案】(1)2;(2);(3) 的面积最大值为500,最小值为400.

【解析】

(1) 过F作FH⊥DC与DC相交于H,设BE=x,分别在Rt△GHF、Rt△BEF和Rt△ECG利用勾股定理表示FE2、EG2、FG2,根据BC上存在点E使得为直角三角形,则需满足,化简后的式子为一元二次方程,根据方程的解有两个,即可判断这样的点有两个;

(2)根据(1)中可求得BE=1,分别求出EF和EG即可求出的面积;

(3)分G在AD上和G在CD上两种情况讨论.可借助“割补法”表示的面积,根据a的取值范围可分别求得面积的最大值和最小值.

(1)如图过F作FH⊥DC与DC相交于H,

∴∠FHC=∠FHG=90°

∵四边形为正方形,

∴∠B=∠C=90°,BC=AD=4,

∴四边形为矩形,

∴,FH=BC=4.

∵,

∴

在Rt△GHG中根据勾股定理

.

假设BC上存在E,且BE=x,则EC=4-x.

则在Rt△BEF和Rt△ECG中根据勾股定理

,

.

要使△EFG为直角三角形,则根据勾股定理的逆定理

即

化简得

∵

∴该方程有两个不相等的解,即符合条件的E点有两个

故填:2.

(2)解得

∵

∴BE=1,

此时,即FE= ,

,即

∴的面积=.

(3)分两种情况讨论:

①如下图,当G点在AD上运动时,连接FG,过G点作GH⊥BC,与BC相交于H.

∴∠GHE=90°,

∴∠2+∠3=90°,

∵,

∴∠1+∠2=90°,

∴∠1=∠3,

∵∠B=∠GHE=90°,

∴Rt△BEF∽Rt△HGE

∴,

设BF=a,则EH=2a

∵EH≤EC=20

∴0≤x≤10

此时,当a=10时,取得最大值.当a=0时,取得最小值.

②如下图,时,G在CD上时,连接FG以FG中点O为圆心以OF为半径作圆,

∵∠FEG=90°,

∴E点在⊙O上

设BF=a,CG=b,

∵E为BC中点,FO=OG

∴,

∴FG=2OF=a+b

当FG//BC时,⊙O的半径最小,即a+b最小此时a+b=FG=BC=40,;

与①同理可证Rt△BEF∽Rt△CGE

∴,即

即,a与b成反比例函数关系,

⊙O与DC相交于I,连接FI,

∴∠FIG=90°

∵∠B=∠C=90°

∴四边形BCIF为矩形,

∴IC=BF=a,GI=GC-IC=b-a

在Rt△FIG中,根据勾股定理

,即

∴当|b-a|最大时a+b的值最大,

∵

∴当a=10,b=40,a+b=50,

或a=40时,b=10,a+b=50,此时最大,最大为500.

综合①②,的面积最大值为500,最小值为400.

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