题目内容


如图,在矩形ABCD中,AB=4,BC=3,点O为对角线BD的中点,点P从点A出发,沿折线AD﹣DO﹣OC以每秒1个单位长度的速度向终点C运动,当点P与点A不重合时,过点P作PQ⊥AB于点Q,以PQ为边向右作正方形PQMN,设正方形PQMN与△ABD重叠部分图形的面积为S(平方单位),点P运动的时间为t(秒).

(1)求点N落在BD上时t的值;

(2)直接写出点O在正方形PQMN内部时t的取值范围;

(3)当点P在折线AD﹣DO上运动时,求S与t之间的函数关系式;

(4)直接写出直线DN平分△BCD面积时t的值.


解:(1)当点N落在BD上时,如图1.

∵四边形PQMN是正方形,

∴PN∥QM,PN=PQ=t.

∴△DPN∽△DQB.

∴.

∵PN=PQ=PA=t,DP=3﹣t,QB=AB=4,

∴.

∴t=.

∴当t=时,点N落在BD上.

 

(2)①如图2,

则有QM=QP=t,MB=4﹣t.

∵四边形PQMN是正方形,

∴MN∥DQ.

∵点O是DB的中点,

∴QM=BM.

∴t=4﹣t.

∴t=2.

②如图3,

∵四边形ABCD是矩形,

∴∠A=90°.

∵AB=4,AD=3,

∴DB=5.

∵点O是DB的中点,

∴DO=.

∴1×t=AD+DO=3+.

∴t=.

∴当点O在正方形PQMN内部时,t的范围是2<t<.

 

(3)①当0<t≤时,如图4.

S=S正方形PQMN=PQ2=PA2=t2.

②当<t≤3时,如图5,

∵tan∠ADB==,

∴=.

∴PG=4﹣t.

∴GN=PN﹣PG=t﹣(4﹣t)=﹣4.

∵tan∠NFG=tan∠ADB=,

∴.

∴NF=GN=(﹣4)=t﹣3.

∴S=S正方形PQMN﹣S△GNF

=t2﹣×(﹣4)×(t﹣3)

=﹣t2+7t﹣6.

③当3<t≤时,如图6,

∵四边形PQMN是正方形,四边形ABCD是矩形.

∴∠PQM=∠DAB=90°.

∴PQ∥AD.

∴△BQP∽△BAD.

∴==.

∵BP=8﹣t,BD=5,BA=4,AD=3,

∴.

∴BQ=,PQ=.

∴QM=PQ=.

∴BM=BQ﹣QM=.

∵tan∠ABD=,

∴FM=BM=.

∴S=S梯形PQMF=(PQ+FM)•QM

=[+]•

=(8﹣t)2

=t2﹣t+.

综上所述:当0<t≤时,S=t2.

当<t≤3时,S=﹣t2+7t﹣6.

当3<t≤时,S=t2﹣t+.

 

(4)设直线DN与BC交于点E,

∵直线DN平分△BCD面积,

∴BE=CE=.

①点P在AD上,过点E作EH∥PN交AD于点H,如图7,

则有△DPN∽△DHE.

∴.

∵PN=PA=t,DP=3﹣t,DH=CE=,EH=AB=4,

∴.

解得;t=.

②点P在DO上,连接OE,如图8,

则有OE=2,OE∥DC∥AB∥PN.

∴△DPN∽△DOE.

∴.

∵DP=t﹣3,DO=,OE=2,

∴PN=(t﹣3).

∵PQ=(8﹣t),PN=PQ,

∴(t﹣3)=(8﹣t).

解得:t=.

③点P在OC上,设DE与OC交于点S,连接OE,交PQ于点R,如图9,

则有OE=2,OE∥DC.

∴△DSC∽△ESO.

∴.

∴SC=2SO.

∵OC=,

∴SO==.

∵PN∥AB∥DC∥OE,

∴△SPN∽△SOE.

∴.

∵SP=3++﹣t=,SO=,OE=2,

∴PN=.

∵PR∥MN∥BC,

∴△ORP∽△OEC.

∴.

∵OP=t﹣,OC=,EC=,

∴PR=.

∵QR=BE=,

∴PQ=PR+QR=.

∵PN=PQ,

∴=.

解得:t=.

综上所述:当直线DN平分△BCD面积时,t的值为、、.


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