题目内容

小冬遇到一个有趣的问题:长方形台球桌ABCD的边长分别为AB=3,BC=5.点P在AD上,且AP=2.一球从点P处沿与AD夹角为的方向击出,分别撞击AB、BC、CD各一次后到达点P0.每次撞击桌边时,撞击前后的路线与桌边所成的角相等(入射角等于反射角).如图①所示.小冬的思考是这样开始的:如图②,将矩形ABCD沿直线AB折叠,得到矩形ABC1D1,由轴对称的知识,发现QE=QR,PE=PQ+QR.

请你参考小冬的思路或想出自己的方法解决下列问题:
(1)当点P0与点P重合时,此球所经过的路线总长度
2
34
2
34
;
(2)当点P0与点A重合时(如图③),求此球所经过的路线总长度;
(3)当点P0落在线段AP上时,求tanθ的取值范围.
分析:(1)将矩形ABCD沿CD翻折,找到点R关于CD的对称点R',连接R'P,过点P作PF⊥BC于点F,根据反射角等于入射角,可判断△PER'是等腰三角形,求出PE的长度,即可确定球经过的路线总长度.
(2)将矩形ABCD沿CD翻折,找到点R关于CD的对称点R',连接R'P,过点M作MN⊥AD于点N,根据
AP
ER′
=
PM
ME
=
2
10
=
1
5
,得出
PM
PE
=
MN
EF
=
1
6
,再由EF=3,求出MN,在Rt△PMN中利用勾股定理求出PM,继而可得出PE,也可得出此球运动的路线长;
(3)根据(1)(2)分别确定tanθ的值,继而可确定当点P0落在线段AP上时,tanθ的取值范围.
解答:解:(1)如图,

将矩形ABCD沿CD翻折,找到点R关于CD的对称点R',连接R'P,过点P作PF⊥BC于点F,如图1所示:
由题意可得,CR=CR',BR=BE,
∴ER'=2BC=10,
由入射角等于反射角,易得RQ∥PR',
∴∠ER'P=∠ERQ,
由折叠的性质可得:∠ERQ=∠REQ,
∴∠ER'Q=∠REQ,
∴△PER'是等腰三角形,
∴EF=
1
2
ER'=5,
在Rt△EPF中,EP=
PF2+EF2
=
34
,
∴当点P0与点P重合时,此球所经过的路线总长度=EP+PR'=2EP=2
34
;

(2)如图,

将矩形ABCD沿CD翻折,找到点R关于CD的对称点R',连接R'P,过点M作MN⊥AD于点N,如图2所示:
由题意可得,CR=CR',BR=BE,
∴ER'=2BC=10,
∵AD∥BC,
∴
AP
ER′
=
PM
ME
=
2
10
=
1
5
,
∴
PM
PE
=
MN
EF
=
1
6
,
∵EF=3,
∴MN=
1
2
,
∴PM=
PN2+MN2
=
5
2
,
∴PE=3
5
,
∴当点P0与点A重合时,此球所经过的路线总长度=PE+AR'=2PE=6
5
.

(3)由(1)可得,当点P0与点P重合时,tanθ=
3
5
;
由(2)得,当点P0与点A重合时,tanθ=
1
2
;
综上可得当点P0落在线段AP上时,0.5≤tanθ≤0.6.
点评:本题属于几何变换的综合问题,主要考查对勾股定理,矩形的性质,轴对称性质,解直角三角形,翻折变换等知识点的理解和掌握,能综合运用性质进行推理是解此题的关键,注意题目提示的解题方法.
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