题目内容
5.如图1和图2,在△ABC中,AB=13,BC=4,AC=15.【探究】如图1,S△ABC=24.
【拓展】如图2,点D在AC上(可与点A、C重合),分别过点A、C作直线BD的垂线,垂足分别为M、N.设BD=x,AM=a,CN=b.(当点D与点A重合时,我们认为S△ABD=0)
(1)用含x、a或b的代数式表示S△ABD及S△CBD;
(2)求(a+b)与x的函数关系式,并求(a+b)的最大值和最小值;
(3)对给定的一个x值,有时只能确定唯一的点D,指出这样的x的取值范围.
【发现】请你确定一条直线,使得A、B、C三点到这条直线的距离之和最小(不必写出过程),并写出这个最小值.
分析 【探究】设AE=x,则CE=15-x,再根据勾股定理求出x的值,进而可得出BE的长,利用三角形的面积公式可直接求出△ABC的面积;
(1)用a、b及x表示出△ABD及△CBD的面积,根据S△ABC=S△ABD+S△CBD即可得到a+b关于x的反比例函数关系式.
(2)借助(1)的结论,根据垂直线段最短的性质,当BD⊥AC时,x最小,由面积公式可求得;因为AB=13,BC=4,所以当BD=BC=4时,x最大.从而根据反比例函数的性质求出y的最大值和最小值;
(3)当x=$\frac{16}{5}$时,BD⊥AC,线段AC上存在唯一的点D;当$\frac{16}{5}$<x≤4时,此时在线段AC上存在两点D;当4<x≤13时,此时在线段AC上存在唯一的点D.
【发现】由于AC>BC>AB,所以使得A、B、C三点到这条直线的距离之和最小的直线就是AC所在的直线.
解答 解:【探究】如图1,
过点B作BE⊥AC,设AE=x,则EC=15-x,
在Rt△ABE中,BE2=AB2-AE2=132-x2,
在Rt△BCE中,BE2=BC2-CE2=42-(15-x)2,
∴132-x2=42-(15-x)2,
∴x=12.6,
∴BE2=132-x2=10.24
∴BE=3.2
∴S△ABC=$\frac{1}{2}$×AC×BE=$\frac{1}{2}$×15×3.2=24,
故答案为24;
【拓展】(1)设AM=a,CN=b,
∵由三角形面积公式,得S△ABD=$\frac{1}{2}$BD•AM=$\frac{1}{2}$xa,S△CBD=$\frac{1}{2}$BD•CN=$\frac{1}{2}$xb,
(2)由(1)知,a=$\frac{2{S}_{△ABD}}{x}$,b=$\frac{2{S}_{△CBD}}{x}$,
∴a+b=$\frac{2{S}_{△ABD}}{x}$+$\frac{2{S}_{△CBD}}{x}$=$\frac{2{S}_{△ABC}}{x}$=$\frac{48}{x}$,
∵△ABC中AC边上的高为$\frac{2{S}_{△ABC}}{AC}$=$\frac{48}{15}$=$\frac{16}{5}$,
∴x的取值范围为$\frac{16}{5}$≤x≤13.
∵a+b随x的增大而减小,
∴当x=$\frac{16}{5}$时,(a+b)的最大值为15,当x=13时,(a+b)的最小值为$\frac{48}{13}$.
(3)∵当x=$\frac{16}{5}$时,BD⊥AC,
∴线段AC上存在唯一的点D;
当$\frac{16}{5}$<x≤4时,此时在线段AC上存在两点D;
当4<x≤13时,此时在线段AC上存在唯一的点D.
∴x的取值范围为x=$\frac{16}{5}$或4<x≤13;
【发现】:∵AB=13,BC=4,AC=15.
∴AC>BC>AB,
∴过A、B、C三点到这条直线的距离之和最小的直线就是AC所在的直线,AC边上的高的长$\frac{16}{5}$.
点评 本题考查了解直角三角形,勾股定理,三角形的面积,反比例函数的性质等知识,综合性较强,有一定难度.
| A. | 3 | B. | 2$\sqrt{5}$ | C. | $\sqrt{21}$ | D. | 9 |