题目内容
【题目】在平面直角坐标系
中,四边形
为正方形,点
的坐标为
,动点
沿边
从
向
以每秒
的速度运动,同时动点
沿边
从
向
以同样的速度运动,连接
、
交于点
.
![]()
(1)试探索线段
、
的关系,写出你的结论并说明理由;
(2)连接
、
,分别取
、
、
、
的中点
、
、
、
,则四边形
是什么特殊平行四边形?请在图①中补全图形,并说明理由.
(3)如图②当点
运动到
中点时,点
是直线
上任意一点,点
是平面内任意一点,是否存在点
使以
、
、
、
为顶点的四边形是菱形?若存在,请直接写出点
的坐标;若不存在,请说明理由.
【答案】(1)AF=DE,AF⊥DE,理由详见解析;(2)四边形HIJK为正方形,理由详见解析;(3)N的坐标为(2,-1),(
,
),(
,
),(
,
).
【解析】
(1)用SAS证明△DAE≌△AOF,根据全等三角形的性质得到DE=AF,∠ADE=∠OAF.根据等式的性质得到∠AGD=90°,从而得到AF⊥DE.
(2)根据三角形中位线定理得到IH=KJ=
AF,IH∥KJ,得到四边形HIJK为平行四边形,同理IJ=
DE,IJ∥DE,从而得到IJ=IH,IJ⊥IH,即可证明HIJK为正方形.
(3)要求O、C、M、N四点构成菱形,OC为唯一已知线段,对OC的角色进行讨论:OC为对角线或OC为边.
当OC为对角线时,此时MN也为对角线,MN垂直平分OC,则M为OC中垂线与直线EC交点,可得M1的坐标,由对称可得此时N1的坐标.
当OC为边时,考虑M的位置,M与O相邻或者与C相邻.
Ⅰ.若M与C相邻,CM=CO=4,此时以C为圆心,OC长为半径作圆与直线EC交点即为M2和M3,过M2作M2P⊥OC于点P,得到OE∥PM2,即有△OEC∽△PM2C.根据相似三角形的对应边成比例,即可求出PM2,PC的长,进而得到OP的长.由N2M2∥OC,N2M2=OC,即可得到N2的坐标,由N3和N2关于原点对称,可得N3的坐标;
Ⅱ.若M与O相邻,OM=OC=4此时以O为圆心,OC长为半径作圆与直线EC交点即为M4.求出直线EC的解析式,则可得出M4的坐标,由OM4=4,解方程即可得出M4的坐标,从而得出N4的坐标.
(1)AF=DE,AF⊥DE.理由如下:
∵E、F速度相等,∴AE=OF.
∵OADC是正方形,∴AD=OA,∠DAE=∠AOF=90°,∴△DAE≌△AOF(SAS),∴DE=AF,∠ADE=∠OAF.
∵∠OAF+∠DAF=90°,∴∠ADE+∠DAF=90°,∴∠AGD=90°,∴AF⊥DE,∴AF=DE,AF⊥DE.
(2)四边形HIJK为正方形.理由如下:
由(1)知:AF=DE,AF⊥DE.
∵HI是△AEF的中位线、JK是△AFD的中位线,∴IH=
AF,IH∥AF,KJ=
AF,KJ∥AF,∴IH=KJ,IH∥KJ,∴四边形HIJK为平行四边形,同理IJ=
DE,IJ∥DE.
∵AF=DE,AF⊥DE,∴IJ=IH,IJ⊥IH,∴四边形HIJK为正方形.
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(3)N的坐标为(2,-1),(
,
),(
,
),(
,
).
要求O、C、M、N四点构成菱形,OC为唯一已知线段,对OC的角色进行讨论:OC为对角线或OC为边.
当OC为对角线时,此时MN也为对角线,MN垂直平分OC,则M为OC中垂线与直线EC交点,可得M1(2,1)由对称可得此时N1(2,-1).
②当OC为边时,考虑M的位置,M与O相邻或者与C相邻.
Ⅰ.若M与C相邻,CM=CO=4,此时以C为圆心,OC长为半径作圆与直线EC交点即为M2和M3,过M2作M2P⊥OC于点P,∴OE∥PM2,∴△OEC∽△PM2C.
∵OE=2,OC=4,∴EC=
.
∵△OEC∽△PM2C,∴
,∴
,解得:PM2=
,PC=
,∴OP=OC-PC=
.
∵N2M2∥OC,N2M2=OC,∴N2(
,
),易证N3和N2关于原点对称,∴N3(
,
).
Ⅱ.若M与O相邻,OM=OC=4此时以O为圆心,OC长为半径作圆与直线EC交点即为M4.
设直线EC为y=kx+b,∴
,解得:
,∴直线EC为
.
设M4(x,
),则
,解得:
,
,∴M4(
,
),∴N4(
,
).
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综上所述:N的坐标为(2,-1),(
,
),(
,
),(
,
).