题目内容

3.如图,在△ABC中,AB=AC,AD⊥BC于点D,BC=12cm,AD=8cm.点P从点B出发,在线段BC上以每秒3cm的速度向点C匀速运动,与此同时,垂直于AD的直线m从底边BC出发,以每秒2cm的速度沿DA方向匀速平移,分别交AB,AC,AD于E,F,H,当点P到达点C时,点P与直线m同时停止运动,设运动时间为t秒(t>0).

(1)连接DE、DF,当t为何值时,四边形AEDF为菱形?
(2)连接PE、PF,在整个运动过程中,△PEF的面积是否存在最大值?若存在,试求当△PEF的面积最大时,线段BP的长.
(3)是否存在某一时刻t,使点F在线段EP的中垂线上?若存在,请求出此时刻t的值;若不存在,请说明理由.

分析 (1)根据四边形AEDF为菱形,则EF垂直平分AD,此时,DH=$\frac{1}{2}$AD=4cm,再根据直线m以每秒2cm的速度沿DA方向匀速平移,即可求得t=$\frac{4}{2}$=2(s);
(2)先根据EF∥BC,得到△AEF∽△ABC,进而得出$\frac{EF}{BC}$=$\frac{AH}{AD}$,据此求得EF=12-3t,再根据S△PEF=$\frac{1}{2}$EF•DH=$\frac{1}{2}$(12-3t)•2t=-3t2+12t=-3(t-2)2+12(0<t≤4),求得当t=2秒时,S△PEF存在最大值,最大值为12cm2,最后计算线段BP的长;
(3)若点F在线段EP的中垂线上,则FE=FP,过点F作FG⊥BC于G,则FG=HD=2t,FG∥AD,根据△FCG∽△ACD,得到$\frac{CG}{CD}$=$\frac{FG}{AD}$,进而得到CG=$\frac{3}{2}$t,PG=12-3t-$\frac{3}{2}$t,最后在Rt△PFG中,根据勾股定理列出方程(12-3t-$\frac{3}{2}$t)2+(2t)2=(12-3t)2,即可求得t的值.

解答 解:(1)如图1,若四边形AEDF为菱形,则EF垂直平分AD,
此时,DH=$\frac{1}{2}$AD=4cm,
又∵直线m以每秒2cm的速度沿DA方向匀速平移,
∴t=$\frac{4}{2}$=2(s),
此时,EF垂直平分AD,
∴AE=DE,AF=DF.
∵AB=AC,AD⊥BC于点D,
∴AD⊥BC,∠B=∠C.
∴EF∥BC,
∴∠AEF=∠B,∠AFE=∠C,
∴∠AEF=∠AFE,
∴AE=AF,
∴AE=AF=DE=DF,
即四边形AEDF为菱形,
故当t=2s时,四边形AEDF为菱形;

(2)如图2,∵直线m以每秒2cm的速度沿DA方向匀速平移,AD=8cm,
∴DH=2t,AH=8-2t,
∵EF∥BC,
∴△AEF∽△ABC,
∴$\frac{EF}{BC}$=$\frac{AH}{AD}$,即$\frac{EF}{12}$=$\frac{8-2t}{8}$.
解得EF=12-3t,
∴S△PEF=$\frac{1}{2}$EF•DH=$\frac{1}{2}$(12-3t)•2t=-3t2+12t=-3(t-2)2+12(0<t≤4),
∴当t=2秒时,S△PEF存在最大值,最大值为12cm2,
此时BP=3t=6cm;

(3)存在某一时刻t,使点F在线段EP的中垂线上.
∵AB=AC,AD⊥BC,BC=12cm,AD=8cm,
∴AB=AC=10cm,
若点F在线段EP的中垂线上,则FE=FP,
由(2)可得,EF=12-3t=PF,
如图3,过点F作FG⊥BC于G,则FG=HD=2t,FG∥AD,
∴△FCG∽△ACD,
∴$\frac{CG}{CD}$=$\frac{FG}{AD}$,即$\frac{CG}{6}$=$\frac{2t}{8}$,
∴CG=$\frac{3}{2}$t,
又∵BP=3t,BC=12cm,
∴PG=12-3t-$\frac{3}{2}$t,
∴Rt△PFG中,(12-3t-$\frac{3}{2}$t)2+(2t)2=(12-3t)2,
解得t1=$\frac{144}{61}$或t2=0(舍去),
∴当t=$\frac{144}{61}$时,点F在线段EP的中垂线上.

点评 本题属于四边形综合题,主要考查了相似三角形的判定与性质、三角形的面积及二次函数的极值,勾股定理以及解方程等知识点的综合应用,作辅助线构造相似三角形,并利用相似三角形的性质表示出EF的长是解题的关键.

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