题目内容

5.如图,在△ABC中,∠ACB=90°,∠ABC=30°,BC=6,点D在BC上,CD=1.动点M从C点出发,以1个单位/秒的速度沿直线CB向右匀速运动,同时,动点N从D点出发,以2个单位/秒的速度沿直线CB向右匀速运动,以MN为一边在CB的上方作等边三角形△PMN.设运动时间为t(s),△PMN与△ABC重叠部分的面积为S.

(1)△PMN的边长=t+1(用含有t的代数式表示),当t=$\frac{4}{3}$秒时,点P落在AB上;
(2)求S与t之间的函数关系式,并写出自变量t的取值范围;
(3)在M、N运动的同时,以点A为圆心、t为半径的⊙A也在不断变化,直接写出⊙A与△PMN的三边所在的直线相切时t的值.

分析 (1)根据题意,直接将△PMN的三边相加即可得出含t的表达式;易得△NPB为等腰三角形,可得到NB=NP=NM=t+1,又NB=CB-CM-MN,两式联立即有5-2t=t+1,解之即可得出t.
(2)易得重叠部分为一个小等边三角形,依题意分别得出底边及其对应的高即可得出重叠部分的面积.
(3)结合题意,可知有三种情况,①以点A为圆心、tcm为半径的⊙A与MN所在的直线相切,②⊙A与MN所在的直线相切,③⊙A与PN所在的直线相切;分别利用切线的性质以及勾股定理,即可得出各种情况对应的t值.

解答 解:(1)△PMN的边长MN=CN-CM=(CD+DN)-CM=(1+2t)-t=(t+1)cm;
∵当t为某值时,点P落在AB上,三角形PMN是等边三角形,
∴NB=NP=MN=t+1,∠PND=60°,
∴∠PNB=120°,∠PNB=30°,
∴△PNB为等腰三角形,
∵Q=NB=CB-CM-PMN=6-t-(t+1)=5-2t,
∴5-2t=t+1,
解得:t=$\frac{4}{3}$s;
故答案为:t+1,$\frac{4}{3}$;


(2)分为四种情况:①当0≤t<$\frac{4}{3}$时,如图1:重叠部分是△PMN,
∵△PMN的边长为t+1,
∴高为$\frac{\sqrt{3}}{2}$(t+1)cm,
∴S=$\frac{1}{2}$×(t+1)×$\frac{\sqrt{3}}{2}$(t+1)=$\frac{\sqrt{3}}{4}$(t+1)2;
②当$\frac{4}{3}$≤t<$\frac{5}{2}$时,如图2:重叠部分为四边形MNFE,
∵∠B=30°,且△PMN为等边三角形,
∴∠PMN=∠P=60°,
∴∠PEF=90°,且MB=BC-CM=6-t,∠PFE=30°,
∴PE=$\frac{1}{2}$(6-t),
∴EP=PM-NF=(t+1)-$\frac{1}{2}$(6-t)=$\frac{1}{2}$(3t-4),
∴EF=M=EP•tan60°=$\frac{\sqrt{3}}{2}$(3t-4),
∴S=$\frac{\sqrt{3}}{4}$(t+1)2-$\frac{\sqrt{3}}{8}$(3t-4)2
=-$\frac{7\sqrt{3}}{8}$t2+$\frac{7\sqrt{3}}{2}$t-$\frac{7\sqrt{3}}{4}$
=-$\frac{7\sqrt{3}}{8}$(t-2)2+$\frac{7\sqrt{3}}{4}$;
③当$\frac{5}{2}$≤t<6时,如图3:同理可得y=$\frac{\sqrt{3}}{8}$(6-t)2;
④当t≥6时,如图4:此时y=0.

(3)(一)如图a,
⊙A与PN所在的直线相切时,切点为F,F在PN的延长线上,AB与FN交于L点,
AF=t,得到AL=2t,
NB=5-2t,得到BL=$\sqrt{3}$(5-2t),
AB=4$\sqrt{3}$=BL-AL=$\sqrt{3}$(5-2t)-2t,
得到t=$\frac{3-\sqrt{3}}{4}$.
即t=$\frac{3-\sqrt{3}}{4}$.
如图b,若FP交AB与E,
∵⊙A半径=AF=t,则AE=2t,NE=NB=5-2t,BE=$\sqrt{3}$(5-2t),
AB=4$\sqrt{3}$=BE+AE=$\sqrt{3}$(5-2t)+2t,
∴t=$\frac{3+\sqrt{3}}{4}$,
(二)如图c:
当⊙A与MN所在的直线相切时,
∵AC⊥MN所在的直线,
∴⊙A半径=AC=t=2$\sqrt{3}$.
此时,若设AB与PM相交于G,
则AG=⊙A半径=2$\sqrt{3}$,
∴BM=4$\sqrt{3}$-2$\sqrt{3}$=2$\sqrt{3}$,
∴∠MGB=90°,
∴⊙A 也同时与PM相切.

(三)如图d:
⊙A与PM所在的直线相切时,切点为E,可知道点E在AB延长线上,
在Rt△MBE中,∠ABC=30°,有AE=t,BE=AE-AB=t-4$\sqrt{3}$,斜边MB=CM-BC=t-6,
所以$\frac{\sqrt{3}}{2}$MB=BE,有$\frac{\sqrt{3}}{2}$(t-6)=t-4$\sqrt{3}$,
得到t=4$\sqrt{3}$+6;

综上所述,当⊙A与QR所在的直线相切时,t=$\frac{3-\sqrt{3}}{4}$或t=$\frac{3+\sqrt{3}}{4}$,;
当⊙A与PQ所在的直线相切时,t=2$\sqrt{3}$;
当⊙A与PR所在的直线相切,t=4$\sqrt{3}$+6.

点评 本题考查了圆的切线性质,及解直角三角形的知识.运用切线的性质来进行计算或论证,最后一问属于开放性试题,主要考查的是切线性质的实际应用;本题是一道动态几何题,综合性较强,有一定的难度.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网