题目内容

【题目】如图,菱形ABCD的边长为20cm,∠ABC=120°.动点P、Q同时从点A出发,其中P以4cm/s的速度,沿A→B→C的路线向点C运动;Q以2cm/s的速度,沿A→C的路线向点C运动.当P、Q到达终点C时,整个运动随之结束,设运动时间为t秒.

(1)在点P、Q运动过程中,请判断PQ与对角线AC的位置关系,并说明理由;

(2)若点Q关于菱形ABCD的对角线交点O的对称点为M,过点P且垂直于AB的直线l交菱形ABCD的边AD(或CD)于点N.

①当t为何值时,点P、M、N在一直线上?

②当点P、M、N不在一直线上时,是否存在这样的t,使得△PMN是以PN为一直角边的直角三角形?若存在,请求出所有符合条件的t的值;若不存在,请说明理由.

【答案】(1) 若0<t≤5,则AP=4t,AQ=2t. 则 ==,

又 ∵ AO=10,AB=20,∴ ==.∴ =,

又 ∠CAB=30°,∴ △APQ∽△ABO,∴ ∠AQP=90°,即PQ⊥AC. ………………4分

当5﹤t≤10时,同理可由△PCQ∽△BCO 可得∠PQC=90°,即PQ⊥AC(考虑一种情况即可)

∴ 在点P、Q运动过程中,始终有PQ⊥AC.

(2)① 如图,在RtAPM中,易知AM=,又AQ=2t,

QM=20-4t.

由AQ+QM=AM 得2t+20-4t=

解得t=,∴ 当t=时,点P、M、N在一直线上. …………………………8分

② 存在这样的t,使△PMN是以PN为一直角边的直角三角形.

设l交AC于H.

如图1,当点N在AD上时,若PN⊥MN,则∠NMH=30°.

∴ MH=2NH,得 20-4t-=2× 解得t=2, …………………10分

如图2,当点N在CD上时,若PM⊥MN,则∠HMP=30°.∴ MH=2PH,同理可得t= .

故 当t=2或 时,存在以PN为一直角边的直角三角形. …………………12分

【解析】

(1)此问需分两种情况,当0<t≤5及5<t≤10两部分分别讨论得PQ⊥AC.

(2)①由于点P、M、N在一直线上,则AQ+QM=AM,代入求得t的值.

②假设存在这样的t,使得△PMN是以PN为一直角边的直角三角形,但是需分点N在AD上时和点N在CD上时两种情况分别讨论.

解答:解:(1)若0<t≤5,则AP=4t,AQ=2t.

则==,

又∵AO=10,AB=20,∴==.

∴=.又∠CAB=30°,∴△APQ∽△ABO.

∴∠AQP=90°,即PQ⊥AC.

当5<t≤10时,同理,可由△PCQ∽△BCO得∠PQC=90°,即PQ⊥AC.

∴在点P、Q运动过程中,始终有PQ⊥AC.

(2)①如图,在Rt△APM中,∵∠PAM=30°,AP=4t,

∴AM=.

在△APQ中,∠AQP=90°,

∴AQ=AP?cos30°=2t,

∴QM=AC-2AQ=20-4t.

由AQ+QM=AM得:2t+20-4

t=,

解得t=.

∴当t=时,点P、M、N在一直线上.

②存在这样的t,使△PMN是以PN为一直角边的直角三角形.

设l交AC于H.

如图1,当点N在AD上时,若PN⊥MN,则∠NMH=30°.

∴MH=2NH.得20-4t-t=2×,解得t=2.

如图2,当点N在CD上时,若PM⊥PN,则∠HMP=30°.

∴MH=2PH,同理可得t=.

故当t=2或时,存在以PN为一直角边的直角三角形.

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