题目内容

10.如图,梯形ABCD中,AB∥CD,点AB=14,AD=4$\sqrt{2}$,CD=7.直线l经过A,D两点,且sin∠DAB=$\frac{\sqrt{2}}{2}$.动点P在线段AB上从点A出发以每秒2个单位的速度向点B运动,同时动点Q从点B出发以每秒5个单位的速度沿B→C→D的方向向点D运动,过点P作PM垂直于AB,与折线A→D→C相交于点M,当P,Q两点中有一点到达终点时,另一点也随之停止运动.设点P,Q运动的时间为t秒(t>0),△MPQ的面积为S.

(1)求腰BC的长;
(2)当Q在BC上运动时,求S与t的函数关系式;
(3)在(2)的条件下,是否存在某一时刻t,使得△MPQ的面积S是梯形ABCD面积的$\frac{1}{4}$?若存在,请求出t的值;若不存在,请说明理由;
(4)随着P,Q两点的运动,当点M在线段DC上运动时,设PM的延长线与直线l相交于点N,试探究:当t为何值时,△QMN为等腰三角形?

分析 (1)过点C作CF⊥AB轴于点F,则CF=4,BF=3,由勾股定理得BC=5;
(2)分类探讨:①当0<t≤1时;②当1<t≤2时;③当2<t<$\frac{16}{7}$时;进一步分析得出答案即可;
(3)根据(2)中求出的S表达式与取值范围,逐一讨论计算,最终确定S的最大值;
(4)△QMN为等腰三角形的情形两种:点Q在线段NM的右侧;当Q在MN的左侧时;分类讨论得出答案即可.

解答 解:(1)如图1,

过点C作CF⊥AB轴于点F,
∵sin∠DAB=$\frac{\sqrt{2}}{2}$,
∴∠DAB=45°,
∴OA=OD=4,
∴CF=4,BF=AB-CD-OA=3,
由勾股定理得BC=5.

(2)在点P、Q运动的过程中:
①当0<t≤1时,过点Q作QE⊥AB轴于点E,如图1:
则BE=BQ•cos∠CBF=5t•$\frac{3}{5}$=3t.
∴PE=PB-BE=(14-2t)-3t=14-5t,
S=$\frac{1}{2}$PM•PE=$\frac{1}{2}$×2t×(14-5t)=-5t2+14t;
②当1<t≤2时,如图2:

过点C、Q分别作x轴的垂线,垂足分别为F,E,
则CQ=5t-5,PE=AF-AP-EF=11-2t-(5t-5)=16-7t,
S=$\frac{1}{2}$PM•PE=$\frac{1}{2}$×2t×(16-7t)=-7t2+16t;
③当点M与点Q相遇时,DM+CQ=CD=7,
即(2t-4)+(5t-5)=7,解得t=$\frac{16}{7}$.
当2<t<$\frac{16}{7}$时,如图3:

MQ=CD-DM-CQ=7-(2t-4)-(5t-5)=16-7t,
S=$\frac{1}{2}$PM•MQ=$\frac{1}{2}$×4×(16-7t)=-14t+32.

(3)①当0<t≤1时,S=-5t2+14t=-5(t-$\frac{7}{5}$)2+$\frac{49}{5}$,
∵a=-5<0,抛物线开口向下,对称轴为直线t=$\frac{7}{5}$,
∴当0<t≤1时,S随t的增大而增大,
∴当t=1时,S有最大值,最大值为9;
②当1<t≤2时,S=-7t2+16t=-7(t-$\frac{8}{7}$)2+$\frac{64}{7}$,
∵a=-7<0,抛物线开口向下,对称轴为直线t=$\frac{8}{7}$,
∴当t=$\frac{8}{7}$时,S有最大值,最大值为$\frac{64}{7}$;
③当2<t<$\frac{16}{7}$时,S=-14t+32
∵k=-14<0,
∴S随t的增大而减小.
又∵当t=2时,S=4;
当t=$\frac{16}{7}$时,S=0,
∴0<S<4.
综上所述,当t=$\frac{8}{7}$时,S有最大值,最大值为$\frac{64}{7}$.

(4)△QMN为等腰三角形,有两种情形:
①如图4,

点Q在线段NM的右侧,
MQ=CD-DM-CQ=7-(2t-4)-(5t-5)=16-7t,MN=DM=2t-4,
由MN=MQ,得16-7t=2t-4,解得t=$\frac{20}{9}$;

②如图5,

当Q在MN的左侧时,5t-5+(2t-4)-7=(2t-4)+4-4,
解得:t=$\frac{12}{5}$.
故当t=$\frac{20}{9}$或t=$\frac{12}{5}$时,△QMN为等腰三角形.

点评 此题考查四边形综合应用,勾股定理,二次函数,一次函数的综合运用,解答本题时注意分类讨论思想、数形结合思想、方程思想的运用.

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