题目内容

【题目】在平面直角坐标系xOy中,对于线段MN的“三等分变换”,给出如下定义:如图1,点P,Q为线段MN的三等分点,即MP=PQ=QN,将线段PM以点P为旋转中心顺时针旋转90°得到PM′,将线段QN以点Q为旋转中心顺时针旋转90°得到QN′,则称线段MN进行了三等分变换,其中M′,N′记为点M,N三等分变换后的对应点.

例如:如图2,线段MN,点M的坐标为(1,5),点N的坐标为(1,2),则点P的坐标为(1,4),点Q的坐标为(1,3),那么线段MN三等分变换后,可得:M′的坐标为(2,4),点N′的坐标为(0,3).

(1)若点P的坐标为(2,0),点Q的坐标为(4,0),直接写出点M′与点N′的坐标;

(2)若点Q的坐标是(0,﹣),点P在x轴正半轴上,点N′在第二象限.当线段PQ的长度为符合条件的最小整数时,求OP的长;

(3)若点Q的坐标为(0,0),点M′的坐标为(﹣3,﹣3),直接写出点P与点N的坐标;

(4)点P是以原点O为圆心,1为半径的圆上的一个定点,点P的坐标为(,)当点N′在圆O内部或圆上时,求线段PQ的取值范围及PQ取最大值时点M′的坐标.

【答案】(1)M(2,2),N′(4,﹣2);(2);(3)P(0,﹣3),N(0,3);(4)(,)

【解析】

(1)根据“三等分变换”的定义,可知M(2,2),N′(4,﹣2);(2)若点Q的坐标是(0,﹣),点P在x轴正半轴上,点N′在第二象限.当线段PQ的长度为符合条件的最小整数时,求OP的长;

(3)若点Q的坐标为(0,0),点M′的坐标为(﹣3,﹣3),直接写出点P与点N的坐标;(4)如图3中,过点P作PA⊥x轴于点A.在Rt△OAP中,由勾股定理,OP=,在△PQN′中,∠PQN′=90°,PQ=QN′,推出点N′在⊙O内部或在⊙O上运动,当PN′为⊙O直径时,PN′最大,推出∠QPN′=45°推出PQ=PN′=,推出PQ的取值范围:0<PQ≤,由P(,﹣),由对称性可知N′(﹣,),再根据平行四边形的性质求出点M′坐标即可.

解:(1)∵PQ=2,根据“三等分变换”的定义,可知M(2,2),N′(4,﹣2).

(2)①当PQ=1时,OQ=

在RT△OPQ中,如图1中,

∴OP=OQ

∴∠OQP=∠OPQ=45°

∵∠PQN′=90°PQ=Q N′

∴点N’在x轴负半轴上,不在第二象限

∴PQ=1不符合题意.

②当PQ=2时

OP=,

此时,点N′在第二象限符合题意.

(3)如图2中,由图象可知,P(0,﹣3),N(0,3).

(4)如图3中,过点P作PA⊥x轴于点A.

在Rt△OAP中,由勾股定理,OP=,

在△PQN′中,∠PQN′=90°,PQ=QN'

点N'在⊙O内部或在⊙O上运动,当PN′为⊙O直径时,PN′最大

∠QPN′=45°

∴PQ=PN′=,

∴PQ的取值范围:0<PQ≤,

∵P(,﹣)

由对称性可知N′(﹣,)

过点N′作N′E⊥x轴于点E,过点Q作QF⊥x轴于点F

易证△ON′E≌△QOF,

∴OF=EN′=,FQ=OE=

∴Q(﹣,﹣)

∵∠N′QP=∠QP M′=90°

∴N′Q∥PM′,

又∵N′Q=PM′,

∴四边形PN′QM′是平行四边形,对角线的交点为J,设M′(m,n)

则J(,﹣),

则有,,

解得,,

∴点M′的坐标为(,).

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