题目内容

已知:如图,在边长为2的等边三角形△ABC中,点P以每秒1个单位从C向B运动,运动时间为t秒,且PQ=1,过P、Q点分别向BC作垂线,垂足分别为P、Q,交AC、AB于M、N,连接MN;
(1)当t为何值时,四边形MPQN是矩形?
(2)不管点P如何移动,四边形MPQN的面积是否改变,说明理由;
(3)当t为何值时,△CMP与△AMN相似?这时△MNP是什么类型的三角形?
分析:(1)由于四边形MPQN是矩形,所以在MPQN中PM=NQ,据此列出关于t的等式,解方程即可;
(2)不管点P如何移动,四边形MPQN的面积不发生改变,根据(1)中所求PM、QN的表达式,利用梯形面积表达式即可求出S关于t的函数关系式,通过计算为定值;
(3)根据对应点和对应边的不同,会得到不同的相似三角形,再分两种情况讨论.
解答:解:(1)∵△ABC是等边三角形,PM⊥CB,QN⊥CB,
∴∠B=∠C=60°,
在Rt△CPM和Rt△BQN中,
∵CP=t,BQ=1-t,
∴PM=CP•tanC=t•tan60°=
3
t,
QN=BQ•tanB=(1-t)tan60°=
3
(1-t),
∵四边形MPQN是矩形,
∴PM=NQ,
即:
3
t=
3
(1-t),
解得:t=
1
2
;

(2)不管点P如何移动,四边形MPQN的面积不发生改变,理由如下:
由(1)可知:PM=CP•tanC=t•tan60°=
3
t,QN=BQ•tanB=(1-t)tan60°=
3
(1-t),
∴S四边形MPNQ=
1
2
×1×[
3
t+
3
(1-t)]=
3
2
;
∴不管点P如何移动,四边形MPQN的面积不发生改变;

(3)∵△CMP是Rt△,且∠CPM=90°,∠C=60°,△AMN中∠A=60°,
若使△CMP与△AMN相似,对应的顶点只能是:C→A,P→N,M→M或C→A,P→M,M→N,
①当C→A,P→N,M→M时,由△CMP∽△AMN得:
∵CM=2t,BN=2(1-t),
∴AM=2-2t,AN=2-2(1-t)=2t,
∴
t
2t
=
2t
2-2t
,
解得:t=
1
3
;
②当C→A,P→M,M→N时,由△CMP∽△ANM得:
CP
AM
=
CM
AN
,
∴
2t
2-2t
=
2t
2t
,解得:t=
2
3
,
综合,所求t=
1
3
或
2
3
时△CMP与△AMN相似,
当t=
2
3
时,都有AM=CP=BN,AN=CM=BP,
且∠A=∠B=∠C=60°,
∴△ANM≌△CMP≌△BPN,
∴NM=MP=PN,即△MNP是等边三角形.
点评:本题考查了等边三角形的性质以及判定、特殊角的锐角三角函数值、矩形的性质、相似三角形的判定和性质,此题是一道动点问题,解题的关键是充分利用相似三角形的性质和矩形的性质列出关于t的等式解答.
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