题目内容

1.如图,在矩形OAHC中,OC=4,OA=6,B为CH中点,连接AB.动点M从点O出发沿OA边向点A运动;动点N从点A出发沿AB边向点B运动,两个动点同时出发,速度都是每秒1个单位长度,连接CM,CN,MN,设运动时间为t(秒)(0<t<5).解答下列问题:
(1)当t为何值时,点A在MN的垂直平分线上?
(2)求△CMN的面积S与t之间的函数表达式;
(3)当t为何值时,△CMN的面积S有最小值?
(4)是否存在某一时刻t,使得△CMN为直角三角形?若存在,求出相应的t值;若不存在,请说明理由.

分析 (1)当点A在MN的垂直平分线上时,即AM=AN,列出方程即可求出t的值;
(2)过点N作OA的垂线,交OA于点F,交CH于点E,由于AM=6-t,AN=t,所以利用矩形的性质和相似三角形的性质可求出EN=$\frac{4}{5}$(5-t),然后分别求出梯形OABC、△OMC、△NCB和△AMN的面积后,即可求出S与t的关系;
(3)将(2)中的关系式进行配方,利用二次函数的性质即可求出S的最小值
(4)△CMN是直角三角形时,有三种情况,一是∠CMN=90°,二是∠MNC=90°,三是∠MCN=90°,然后进行分类讨论求出t的值.

解答 解:(1)当点A在MN的垂直平分线上时,
此时,AM=AN,
∵OM=t,
∴AM=6-t,
∵AN=t
∴6-t=t,
∴t=3,

(2)过点N作OA的垂线,交OA于点F,交CH于点E,如图1,
∵B点是CH的中点,
∴BH=$\frac{1}{2}$CH=3,
∵AH=OC=4,
∴由勾股定理可求:AB=5,
∵AN=t,
∴BN=5-t,
∵NE∥AH,
∴△BEN∽△BHA,
∴$\frac{BN}{AB}=\frac{EN}{AH}$,
∴$\frac{5-t}{5}=\frac{EN}{4}$,
∴EN=$\frac{4}{5}$(5-t),
∴FN=4-EN=$\frac{4}{5}$t,
∵梯形OABC的面积为:$\frac{1}{2}$(BC+OA)•OC=18,
△OMC的面积为:$\frac{1}{2}$OM•OC=2t,
△NCB的面积为:$\frac{1}{2}$BC•EN=$\frac{6}{5}$(5-t),
△AMN的面积为:$\frac{1}{2}$AM•FN=$\frac{2}{5}$t(6-t),
∴S=18-2t-$\frac{6}{5}$(5-t)-$\frac{2}{5}$t(6-t)
=$\frac{2}{5}$t2-$\frac{16}{5}$+12;

(3)由(2)可知,S=$\frac{2}{5}$t2-$\frac{16}{5}$+12=$\frac{2}{5}$(t-4)2+$\frac{28}{5}$,
∵0<t<5,
∴当t=4时,S的最大值为$\frac{28}{5}$;

(4)当∠CMN=90°,
由(2)可知:FN=$\frac{4}{5}$t,
由勾股定理可求:AF=$\frac{3}{5}$t,
∴MF=AM-AF=6-t-$\frac{3}{5}$t=6-$\frac{8}{5}$t,
∵∠OCM+∠CMO=90°,
∠CMO+∠FMN=90°,
∴∠OCM=∠FMN,
∵∠O=∠NFM=90°,
∴△COM∽△MFN,
∴$\frac{OC}{MF}=\frac{OM}{FN}$,
∴$\frac{4}{6-\frac{8}{5}t}=\frac{t}{\frac{4}{5}t}$,
∴t=$\frac{7}{4}$,

当∠MNC=90°,
由(2)可知:FN=$\frac{4}{5}$t,
∴EN=$\frac{4}{5}$(5-t),
∵MF=6-$\frac{8}{5}$t,
∴CE=OF=OM+MF=6-$\frac{3}{5}$t,
∵∠MNF+∠CNE=90°,
∠ECN+∠CNE=90°,
∴∠MNF=∠ECN,
∵∠CEN=∠NFM=90°,
∴△CEN∽△NFM,
∴$\frac{CE}{FN}=\frac{EN}{MF}$,
∴$\frac{6-\frac{3}{5}t}{\frac{4}{5}t}=\frac{\frac{4}{5}(5-t)}{6-\frac{8}{5}t}$,
∴t=$\frac{41±\sqrt{241}}{8}$,
∵0<t<5,
∴t=$\frac{41-\sqrt{241}}{8}$,

当∠NCM=90°,
由题意知:此情况不存在,
综上所述,△CMN为直角三角形时,t=$\frac{7}{4}$或$\frac{41-\sqrt{241}}{8}$.

点评 本题主要考查了相似三角形的判定与性质、二次函数的最值、勾股定理等知识,用到了割补法、配方法等重要的数学方法,有一定的综合性.

练习册系列答案
相关题目

违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com

精英家教网