题目内容

1.如图,在Rt△ABC 中,AC=4cm,BC=3cm,点P由B出发沿BA的方向向点A匀速运动,速度为1cm/s,同时点Q由 A出发沿AC的方向向点C匀速运动,速度为2cm/s,连接PQ,设运动的时间为t(s),其中0<t<2,解答下列问题:

(1)当t为何值时,以P、Q、A为顶点的三角形与△ABC相似?
(2)是否存在某一时刻t,线段PQ将△ABC的面积分成1:2两部分?若存在,求出此时的t;若不存在,请说明理由;
(3)点P、Q在运动的过程中,△CPQ能否成为等腰三角形?若能,请求出此时t的值;若不存在,请说明理由.

分析 (1)分两种情况:△PQA∽△BCA和△PQA∽△CBA,根据相似三角形的性质列出比例式,代入计算即可;
(2)求出S△APQ,根据题意列出方程,解方程即可;
(3)分三种情况:PC=PQ、CP=CQ和QP=QC,根据等腰三角形的性质,运用相似三角形的性质和勾股定理解得即可.

解答 解:(1)①如图1,△PQA∽△BCA时,
$\frac{5-t}{5}$=$\frac{2t}{4}$,解得t=$\frac{10}{7}$,
②如图2,△PQA∽△CBA时,
 $\frac{5-t}{4}$=$\frac{2t}{5}$,解得t=$\frac{25}{13}$,
又∵0<t<2,
∴t=$\frac{10}{7}$或$\frac{25}{13}$;
(2)如图3,过点P作PH⊥CA,垂足为点H,
则△PHA∽△BCA,
∴$\frac{5-t}{5}$=$\frac{PH}{3}$,
∴PH=$\frac{3}{5}$(5-t),
∴S△APQ=$\frac{1}{2}$×2t×$\frac{3}{5}$(5-t)=-$\frac{3}{5}$t2+3t,
线段PQ将△ABC的面积分成1:2两部分,
∴S△APQ=$\frac{1}{3}$ S△ABC=$\frac{1}{3}$×6=2或S△APQ=$\frac{2}{3}$ S△ABC=$\frac{2}{3}$×6=4,
即:-$\frac{3}{5}$t2+3t=2或-$\frac{3}{5}$t2+3t=4,
-$\frac{3}{5}$t2+3t=2时,整理得:3t2-15t+10=0,
t1=$\frac{15+\sqrt{105}}{6}$ (舍去)(t1=$\frac{15+\sqrt{105}}{6}$>2),t2=$\frac{15-\sqrt{105}}{6}$,
∴t=$\frac{15-\sqrt{105}}{6}$,
-$\frac{3}{5}$t2+3t=4时,整理得:3t2-15t+20=0,
∵△<0,
∴t无解.
∴t=$\frac{15-\sqrt{105}}{6}$;
(3)①如图4,当PC=PQ时,过点P作PG⊥CA,
垂足为点H,由三线合一可知:HQ=2-t,
又∵△PHA∽△BCA时,
 $\frac{5-t}{5}$=$\frac{2t+(2-t)}{4}$,
∴t=$\frac{10}{9}$;
②如图5,当CP=CQ时,过点P作PM⊥CB,垂足为点M,
由△BMP∽△BCA可知:BM=$\frac{3}{5}$t,MP=$\frac{4}{5}$t,
∴CM=3-$\frac{3}{5}$t,
在Rt△PMC 中,由勾股定理得:($\frac{4}{5}$t)2+(3-$\frac{3}{5}$t)2=(4-2t)2,
整理得:15t2-62t+35=0,
解得t=$\frac{31±2\sqrt{109}}{15}$,
即t1=$\frac{31+2\sqrt{109}}{15}$,t2=$\frac{31-2\sqrt{109}}{15}$,
∵t1=$\frac{31+2\sqrt{109}}{15}$>2.
∴t1=$\frac{31+2\sqrt{109}}{15}$ (舍去),
∴t=$\frac{31-2\sqrt{109}}{15}$,
③如图6,当QP=QC时,过点Q作QN⊥AB,垂足为点N,
由△AQN∽△ABC可知:NQ=$\frac{6}{5}$t,NA=$\frac{8}{5}$t,
∴PN=5-t-$\frac{8}{5}$t=5-$\frac{13}{5}$t,
在Rt△QNP 中,由勾股定理得:($\frac{6}{5}$t)2+(5-$\frac{13}{5}$t)2=(4-2t)2,
整理得:21t2-50t+45=0,
∵△=-1280<0,
∴方程无解,
∴当t=$\frac{10}{9}$或t=$\frac{31-2\sqrt{109}}{15}$时,△CPQ是等腰三角形.

点评 本题考查的是相似三角形的判定和性质的综合运用,正确作出辅助线、灵活运用定理是解题的关键,注意分情况讨论思想的应用.

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