题目内容

5.如图,在梯形ABCD中,AD∥BC,∠B=90°,AD=24cm,AB=3cm,BC=20cm,动点P从D点开始沿DA以2cm/s的速度向A运动,动点Q从B点开始沿BC以1cm/s的速度向C运动,P、Q分别从D、B同时出发,当其中一点到端点时,另一点也随之停止运动,连结PQ,设运动时间为t.
(1)在P、Q运动过程中,是否存在线段PQ把梯形分成面积相等的两部分?若存在,请求出PQ的长度;
(2)在P、Q运动过程中,△PCD能成为等腰三角形?若能,请求出t.

分析 (1)根据题意得:BQ=t,DP=2t,则CQ=20-t,AP=24-2t,与梯形面积公式得出方程,解方程求出t的值,则BQ=2,AP=20,作QM⊥AD于M,由勾股定理求出PQ即可;
(2)作CE⊥AD于E,则四边形ABCE是矩形,得出AE=BC=20,CE=AB=3,∴DE=AD-AE=4,由勾股定理求出CD=5,分三种情况:
①DP=DC=5时,t=$\frac{5}{2}$s;
②CP=CD=5时,PE=DE=4,得出DP=8,即可求出t值;
③PC=PD时,P为CD的垂直平分线与AD的交点,证明△PDF∽△CDE,得出对应边成比例求出DP,即可得出t的值.

解答 解:(1)存在,理由如下:如图1所示:
根据题意得:BQ=t,DP=2t,则CQ=20-t,AP=24-2t,
若线段PQ把梯形分成面积相等的两部分,
则梯形ABQP的面积=梯形CDPQ的面积,
∴$\frac{1}{2}$(t+24-2t)×3=$\frac{1}{2}$(20-t+2t)×3,
解得:t=2,
∴BQ=2,AP=20,
作QM⊥AD于M,则四边形ABQM是矩形,
∴AM=BQ=2,QM=AB=3,
∴PM=AP-AM=20-2=18,
∴PQ=$\sqrt{P{M}^{2}+Q{M}^{2}}$=$\sqrt{1{8}^{2}+{3}^{2}}$=3$\sqrt{37}$;
∴存在线段PQ把梯形分成面积相等的两部分,此时t=2s,PQ=3$\sqrt{37}$;
(2)作CE⊥AD于E,则四边形ABCE是矩形,
∴AE=BC=20,CE=AB=3,
∴DE=AD-AE=4,
∴CD=$\sqrt{C{E}^{2}+D{E}^{2}}$=$\sqrt{{3}^{2}+{4}^{2}}$=5,
分三种情况:①DP=DC=5时,如图2所示:
则t=$\frac{5}{2}$s;
②CP=CD=5时,如图3所示:
则PE=DE=4,
∴DP=8,∴t=8÷2=4(s);
③PC=PD时,P为CD的垂直平分线与AD的交点,如图4所示:
则DF=$\frac{5}{2}$,
∵∠CED=∠PFD=90°,∠D=∠D,
∴△PDF∽△CDE,
∴$\frac{DF}{DE}=\frac{DP}{DC}$,即$\frac{\frac{5}{2}}{4}=\frac{DP}{5}$,DP=$\frac{25}{8}$,
∴t=$\frac{25}{8}$÷2=$\frac{25}{16}$;
综上所述:在P、Q运动过程中,△PCD能成为等腰三角形,t的值为$\frac{5}{2}$s或4s或$\frac{25}{16}$s.

点评 本题考查了梯形的性质、勾股定理、矩形的判定与性质、等腰三角形的判定、相似三角形的判定与性质以及分类讨论思想的运用;熟练掌握梯形的性质和勾股定理是解决问题的关键.

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