题目内容

如图1,矩形OABC顶点B的坐标为(8,3),定点D的坐标为(12,0),动点P从点O出发,以每秒2个单位长度的速度沿x轴的正方向匀速运动,动点Q从点D出发,以每秒1个单位长度的速度沿x轴的负方向匀速运动,PQ两点同时运动,相遇时停止.在运动过程中,以PQ为斜边在x轴上方作等腰直角三角形PQR.设运动时间为t秒.
(1)当t=
 
时,△PQR的边QR经过点B;
(2)设△PQR和矩形OABC重叠部分的面积为S,求S关于t的函数关系式;
(3)如图2,过定点E(5,0)作EF⊥BC,垂足为F,当△PQR的顶点R落在矩形OABC的内部时,过点R作x轴、y轴的平行线,分别交EF、BC于点M、N,若∠MAN=45°,求t的值.
考点:四边形综合题
专题:几何综合题,压轴题
分析:(1)△PQR的边QR经过点B时,△ABQ构成等腰直角三角形,则有AB=AQ,由此列方程求出t的值;
(2)在图形运动的过程中,有三种情形,需要分类讨论,避免漏解;
(3)首先判定ABFE为正方形;其次通过旋转,由三角形全等证明MN=EM+BN;设EM=m,BN=n,在Rt△FMN中,由勾股定理得到等式:mn+3(m+n)-9=0,由此等式列方程求出时间t的值.
解答:解:(1)△PQR的边QR经过点B时,△ABQ构成等腰直角三角形,
∴AB=AQ,即3=4-t,
∴t=1.
即当t=1秒时,△PQR的边QR经过点B.

(2)①当0≤t≤1时,如答图1-1所示.

设PR交BC于点G,
过点P作PH⊥BC于点H,则CH=OP=2t,GH=PH=3.
S=S矩形OABC-S梯形OPGC
=8×3-
1
2
(2t+2t+3)×3
=
39
2
-6t;
②当1<t≤2时,如答图1-2所示.

设PR交BC于点G,RQ交BC、AB于点S、T.
过点P作PH⊥BC于点H,则CH=OP=2t,GH=PH=3.
QD=t,则AQ=AT=4-t,
∴BT=BS=AB-AQ=3-(4-t)=t-1.
S=S矩形OABC-S梯形OPGC-S△BST
=8×3-
1
2
(2t+2t+3)×3-
1
2
(t-1)2
=-
1
2
t2-5t+19;
③当2<t≤4时,如答图1-3所示.

设RQ与AB交于点T,则AT=AQ=4-t.
PQ=12-3t,∴PR=RQ=
2
2
(12-3t).
S=S△PQR-S△AQT
=
1
2
PR2-
1
2
AQ2
=
1
4
(12-3t)2-
1
2
(4-t)2
=
7
4
t2-14t+28.
综上所述,S关于t的函数关系式为:
S=
39
2
-6t(0≤t≤1)
-
1
2
t2-5t+19(1<t≤2)
7
4
t2-14t+28(2<t≤4)
.

(3)∵E(5,0),∴AE=AB=3,
∴四边形ABFE是正方形.
如答图2,将△AME绕点A顺时针旋转90°,得到△ABM′,其中AE与AB重合.
∵∠MAN=45°,
∴∠EAM+∠NAB=45°,
∴∠BAM′+∠NAB=45°,
∴∠MAN=∠M′AN.
连接MN.在△MAN与△M′AN中,
AM=AM′
∠MAN=∠M′AN
AN=AN

∴△MAN≌△M′AN(SAS).
∴MN=M′N=M′B+BN
∴MN=EM+BN.

设EM=m,BN=n,则FM=3-m,FN=3-n.
在Rt△FMN中,由勾股定理得:FM2+FN2=MN2,即(3-m)2+(3-n)2=(m+n)2,
整理得:mn+3(m+n)-9=0.   ①
延长NR交x轴于点S,则m=EM=RS=
1
2
PQ=
1
2
(12-3t),
∵QS=
1
2
PQ=
1
2
(12-3t),AQ=4-t,
∴n=BN=AS=QS-AQ=
1
2
(12-3t)-(4-t)=2-
1
2
t.
∴m=3n,
代入①式,化简得:n2+4n-3=0,
解得n=-2+
7
或n=-2-
7
(舍去)
∴2-
1
2
t=-2+
7

解得:t=8-2
7
.
∴若∠MAN=45°,则t的值为(8-2
7
)秒.
点评:本题是运动型综合题,涉及动点与动线,复杂度较高,难度较大.第(2)问中,注意分类讨论周全,不要遗漏;第(3)问中,善于利用全等三角形及勾股定理,求得线段之间的关系式,最后列出方程求解.题中运算量较大,需要认真计算.
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