题目内容

18.如图,在△ABC中,已知∠C=90°,AC=BC=4,D是AB的中点,点E、F分别在AC、BC边上运动(点E不与点A、C重合),且保持AE=CF,连接DE、DF、EF.在此运动变化的过程中,有下列结论:①四边形CEDF有可能成为正方形;②△DFE是等腰直角三角形;③四边形CEDF的面积是定值;④点C到线段EF的最大距离为$\sqrt{2}$.
其中正确的结论是(  )?
A.①④B.②③C.①②④D.①②③④

分析 ①当点E,F分别为AC,CB的中点时,四边形CEDF为正方形,即可判断出正误;
②如图所示,建立直角坐标系,设E(a,0),则F(0,4-a),D(2,2),于是$\overrightarrow{DF}$=(-2,2-a),$\overrightarrow{DE}$=(a-2,-2),计算$\overrightarrow{DF}•\overrightarrow{DE}$=0,可得$\overrightarrow{DE}⊥\overrightarrow{DF}$,又$|\overrightarrow{DE}|$=$|\overrightarrow{DF}|$=$\sqrt{(a-2)^{2}+4}$,即可判断出正误;
③四边形CEDF的面积=S△ABC-S△ADE-S△BDF=$\frac{1}{2}×{4}^{2}$-$\frac{1}{2}×AD×AEsin4{5}^{°}$-$\frac{1}{2}×BD×BFsin4{5}^{°}$,即可判断出正误;
④设点C到线段EF的距离为h,利用S△CEF=$\frac{1}{2}CE•CF$=$\frac{1}{2}h•EF$,可得$h=\frac{CE•CF}{\sqrt{C{E}^{2}+C{F}^{2}}}$,设CE=x,则CF=4-x,可得h=$\frac{4x-{x}^{2}}{\sqrt{2{x}^{2}-8x+16}}$,令4x-x2=t∈(0,4],则h(x)=g(t)=$\frac{t}{\sqrt{16-2t}}$,g2(t)=$\frac{{t}^{2}}{16-2t}$=f(t),利用导数研究其单调性极值与最值,即可判断出正误.

解答 解:①当点E,F分别为AC,CB的中点时,四边形CEDF为正方形,正确;
②如图所示,建立直角坐标系,设E(a,0),则F(0,4-a),D(2,2),于是$\overrightarrow{DF}$=(-2,2-a),$\overrightarrow{DE}$=(a-2,-2),
∴$\overrightarrow{DF}•\overrightarrow{DE}$=-2(a-2)-2(2-a)=0,∴$\overrightarrow{DE}⊥\overrightarrow{DF}$,又$|\overrightarrow{DE}|$=$|\overrightarrow{DF}|$=$\sqrt{(a-2)^{2}+4}$,因此△DFE可以是等腰直角三角形,正确;
③四边形CEDF的面积=S△ABC-S△ADE-S△BDF=$\frac{1}{2}×{4}^{2}$-$\frac{1}{2}×AD×AEsin4{5}^{°}$-$\frac{1}{2}×BD×BFsin4{5}^{°}$=8-$\frac{\sqrt{2}}{2}(AE+BF)$=$8-\frac{\sqrt{2}}{2}×4$=8-2$\sqrt{2}$是定值,因此正确;
④设点C到线段EF的距离为h,∵S△CEF=$\frac{1}{2}CE•CF$=$\frac{1}{2}h•EF$,∴$h=\frac{CE•CF}{\sqrt{C{E}^{2}+C{F}^{2}}}$,设CE=x,则CF=4-x,∴h=$\frac{x(4-x)}{\sqrt{{x}^{2}+(4-x)^{2}}}$=$\frac{4x-{x}^{2}}{\sqrt{2{x}^{2}-8x+16}}$,令4x-x2=t∈(0,4],则h(x)=g(t)=$\frac{t}{\sqrt{16-2t}}$,g2(t)=$\frac{{t}^{2}}{16-2t}$=f(t),f′(t)=$\frac{2t(16-2t)-(-2){t}^{2}}{(16-2t)^{2}}$=$\frac{2t(16-t)}{(16-2t)^{2}}$>0,∴函数f(t)在t∈(0,4]上单调递增,∴f(t)max=f(4)=$\frac{16}{16-8}$=2,
因此g(t)即h的最大值为$\sqrt{2}$,正确.
故选:D.

点评 本题考查了向量垂直与数量积的关系、等腰直角三角形的性质、三角形的面积计算公式、利用导数研究函数的单调性极值与最值,考查了推理能力与计算能力,属于中档题.

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