题目内容
19.如图①,在锐角△ABC中,AB=5,tanC=3.BD⊥AC于点D,BD=3,点P从点A出发,以每秒1个单位长度的速度沿AB向终点B运动.过点P作PE∥AC,交BC于点E,以PE为边作Rt△PEF,使∠EPF=90°,点F在点P的下方,且EF∥AB,设△PEF与△ABD重叠部分图形的面积为S(平方单位)(S>0),点P的运动时间为t(秒)(t>0).(1)求线段AC的长.
(2)当△PEF与△ABD重叠部分图形为四边形时,求S与t之间的函数关系式.
(3)若边EF与边AC交于点Q,连接PQ,如图②.
①当PQ将△PEF的面积分成1:2两部分时,求AP的长.
②直接写出PQ的垂直平分线经过△ABC的顶点时t的值.
分析 (1)分别求出AD和CD的长,相加即可;
(2)当EF经过点D时,如图2,根据DE=AP=DC列式得:t=1;当F在AC边上时,如图4,由EF=CF得:t=5-$\frac{4}{5}$t,t=$\frac{25}{9}$;再分两种情况分别计算重叠四边形的面积即可;
(3)①当PQ将△PEF的面积分成1:2两部分时,要分两种情况:当S△PQF:S△PQE=1:2和当S△PQF:S△PQE=2:1时,分别代入$\frac{{S}_{△PQE}}{{S}_{△PEF}}$中列等式可求得t的值;
②分两种情况:
i)当PQ的中垂线过点A时,如图7,根据PE=PA列等式得结论,
ii)当PQ的中垂线过B时,如图8,则PB=BQ=5-t,在Rt△BQD中,列方程42+(t-2)2=(5-t)2,解出即可.
解答
解:(1)在Rt△BDC中,tan∠C=$\frac{BD}{CD}$=3,
∵BD=3,
∴CD=1,
在Rt△ABD中,由勾股定理得:AD=$\sqrt{A{B}^{2}-B{D}^{2}}$=$\sqrt{{5}^{2}-{3}^{2}}$=4,
∴AC=AD+CD=4+1=5;
(2)由题意得:AP=t,
当EF经过点D时,如图2,
∵PE∥AC,EF∥AP,![]()
∴四边形PADE是平行四边形,
∴DE=AP=t,
∵AB=AC=5,
∴∠C=∠ABC,
∵EF∥AB,
∴∠ABC=∠DEC,
∴∠DEC=∠C,
∴DE=DC,
∴t=1;
①当0≤t≤1时,如图3,△PEF与△ABD重叠部分图形的面积为四边形PGDH的面积,![]()
∵∠EPF=90°,PE∥AC,
∴∠PGC=90°,
∵BD⊥AC,
∴∠ADB=90°,
∴∠ADB=∠PGC=∠EPF=90°,
∴四边形PGDH是矩形,
在Rt△APG中,sin∠A=$\frac{BD}{AB}=\frac{PG}{AP}$,
∴$\frac{3}{5}=\frac{PG}{t}$,
∴PG=$\frac{3t}{5}$,
∴AG=$\frac{4t}{5}$,
∴GD=AD-AG=4-$\frac{4t}{5}$,
∴S=S矩形PGDH=PG•GD=$\frac{3t}{5}$(4-$\frac{4t}{5}$)=-$\frac{12}{25}{t}^{2}$+$\frac{12}{5}t$;![]()
②当F在AC边上时,如图4,
AF=$\frac{4}{5}$t,CF=5-$\frac{4}{5}$t
由EF=CF得:t=5-$\frac{4}{5}$t
t=$\frac{25}{9}$;
当$\frac{25}{9}$≤t≤5时,如图5,△PEF与△ABD重叠部分图形的面积为四边形PFHG的面积,
∵PE∥AC,
∴△BPE∽△BAD,![]()
∴$\frac{PB}{AB}=\frac{PG}{AD}$,
∴$\frac{PG}{4}=\frac{5-t}{5}$,
∴PG=$\frac{4}{5}(5-t)$,
∵PE=PB=5-t,
∴GE=5-t-$\frac{4}{5}$(5-t)=$\frac{1}{5}$(5-t),
∵EF∥AB,
∴∠EHG=∠ABD,
∴tan∠ABD=tan∠EHG=$\frac{AD}{BD}=\frac{GE}{GH}$,![]()
∴$\frac{4}{3}=\frac{\frac{1}{5}(5-t)}{GH}$,
∴GH=$\frac{3}{20}$(5-t),
同理得:$\frac{4}{3}=\frac{5-t}{PF}$,
PF=$\frac{3(5-t)}{4}$,
∴S=S梯形PFHG=$\frac{1}{2}$(GH+PF)•PG=$\frac{1}{2}$[$\frac{3}{20}$(5-t)+$\frac{3}{4}$(5-t)]$•\frac{4}{5}$(5-t)=$\frac{9}{25}$(5-t)2=$\frac{9}{25}{t}^{2}-\frac{18}{5}t+9$;
(3)①PE=BP=5-t,PF=$\frac{3}{4}(5-t)$,PG=$\frac{3t}{5}$,
当S△PQF:S△PQE=1:2时,$\frac{{S}_{△PQE}}{{S}_{△PEF}}$=$\frac{2}{3}$,![]()
即$\frac{\frac{1}{2}(5-t)•\frac{3}{5}t}{\frac{1}{2}(5-t)•\frac{3}{4}(5-t)}$=$\frac{2}{3}$,解得:t=$\frac{25}{11}$,AP=$\frac{25}{11}$,
当S△PQF:S△PQE=2:1时,$\frac{{S}_{△PQE}}{{S}_{△PEF}}$=$\frac{1}{3}$,
即$\frac{\frac{1}{2}(5-t)•\frac{3}{5}t}{\frac{1}{2}(5-t)•\frac{3}{4}(5-t)}$=$\frac{1}{3}$,解得:t=$\frac{25}{17}$,AP=$\frac{25}{17}$,
则AP的长是$\frac{25}{11}$或$\frac{25}{17}$;
②分两种情况:
i)当PQ的中垂线过点A时,如图7,即AE是PQ的中垂线,
∵四边形PAQE是平行四边形,![]()
AE⊥PQ,
∴?PAQE是菱形,
∴PE=PA,
∴t=5-t,
t=$\frac{5}{2}$,
ii)当PQ的中垂线过B时,如图8,连接EQ,则PB=BQ=5-t,
∵CQ=EQ=t,
∴QD=CQ-CD=t-2,
在Rt△BQD中,42+(t-2)2=(5-t)2,
解得:t=$\frac{5}{6}$,
综上所述,PQ的垂直平分线经过△ABC的顶点时t的值是$\frac{5}{2}$或$\frac{5}{6}$.
点评 本题是三角形的综合题,考查了动点运动问题、勾股定理、平行四边形和菱形的性质和判定、三角函数及各类图形面积的求法,比较复杂,尤其是第二问,计算重叠部分图形面积时,一要先求特殊位置时t的值,二要利用数形结合的思想,先观察图形的特点,再确定面积的求法.
| A. | B. | C. | D. |
| A. | (1343,0) | B. | (1347,0) | C. | (1343$\frac{1}{2}$,$\frac{\sqrt{3}}{2}$) | D. | (1347$\frac{1}{2}$,$\frac{\sqrt{3}}{2}$) |