【題目】如圖①,在銳角△ABC中,AB=5,tanC=3,BD⊥AC于點(diǎn)D,BD=3,點(diǎn)P從點(diǎn)A出發(fā),以每秒1個(gè)單位長(zhǎng)度的速度沿AB向終點(diǎn)B運(yùn)動(dòng),過點(diǎn)P作PE∥AC交邊BC于點(diǎn)E,以PE為邊作Rt△PEF,使∠EPF=90°,點(diǎn)F在點(diǎn)P的下方,且EF∥AB.設(shè)△PEF與△ABD重疊部分圖形的面積為S(平方單位)(S>0),點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t(秒)(t>0).
(1)求線段AC的長(zhǎng).
(2)當(dāng)△PEF與△ABD重疊部分圖形為四邊形時(shí),求S與t之間的函數(shù)關(guān)系式.
(3)若邊EF與邊AC交于點(diǎn)Q,連結(jié)PQ,如圖②.
①當(dāng)PQ將△PEF的面積分成1:2兩部分時(shí),求AP的長(zhǎng).
②直接寫出PQ的垂直平分線經(jīng)過△ABC的頂點(diǎn)時(shí)t的值.
【答案】(1)5;(2)當(dāng)0<t≤1時(shí),S=t2+t;當(dāng)≤t<5時(shí),S=(5﹣t)2;(3)①或;②或.
.
【解析】試題分析:
(1)在Rt△ABD中,由∠BDA=90°,AB=5,BD=3,可由勾股定理求得AD=4;在Rt△BCD中,∠BDC=90°,BD=3,tanc=3,可求得CD=1;由此可得AC=AD+CD=5;
(2)由題意分析可知,如圖1,當(dāng)點(diǎn)D在線段EF上或EF的下方時(shí),△PEF與△ABD重疊部分圖形為矩形PMDN;如圖2,當(dāng)點(diǎn)F落到AC上或AC的上方時(shí),△PEF與△ABD重疊部分圖形為四邊形PMFN;分這兩種情況分析討論即可;
(3)①如圖3、圖4,分I、S△PFQ:S△PEQ=1:2和II、 S△PFQ:S△PEQ=2:1兩種情況討論,由此可分別可得到:S△PEQ:S△PEF=2:3和S△PEQ:S△PEF=1:3從而可得:PG:PF=2:3和PG:PF=1:3,結(jié)合PG= ,PF=即可解得所求AP的長(zhǎng);
②如圖5、圖6,分I、PQ的垂直平分線經(jīng)過當(dāng)點(diǎn)A和II、PQ的垂直平分線經(jīng)過點(diǎn)B兩種情況分析討論即可求得對(duì)應(yīng)的t的值.
試題解析:
(1)在Rt△ABD中,∠BDA=90°,AB=5,BD=3,
∴AD=,
在Rt△BCD中,∠BDC=90°,BD=3,tanc=3,
∴CD=,
∴AC=AD+CD=4+1=5.
(2)如圖1中,當(dāng)0<t≤1時(shí),重疊部分是四邊形PMDN.
易知PA=t,AM=t,PM=t,DM=4﹣t,
∴S=t(4﹣t)=﹣t2+t.
如圖2中,當(dāng)≤t<5時(shí),重疊部分是四邊形PNMF.
∵AB=5,AC=AD+CD=4+1=5,
∴AC=AB,
易證PB=PE=5﹣t,PF=(5﹣t),PN=(5﹣t),
S=(5﹣t)(5﹣t)﹣(5﹣t)(5﹣t)=(5﹣t)2.
(3)①如圖3中,PF交AC于G.
當(dāng)S△PFQ:S△PEQ=1:2時(shí),
∴S△PEQ:S△PEF=2:3,
∴PEPG: PEPF=2:3,
∴PG:PF=2:3,
∴t: (5﹣t)=2:3.
∴t=,即AP=.
如圖4中,當(dāng)S△PFQ:S△PEQ=2:1時(shí),
∴S△PEQ:S△PEF=1:3,
∴PEPG: PEPF=1:3,
∴PG:PF=1:3,
∴t: (5﹣t)=1:3.
∴t=,即AP=,
∴AP的值為或.
②如圖5中,當(dāng)PQ的垂直平分線經(jīng)過當(dāng)A時(shí).
易知四邊形APEQ時(shí)菱形,
∴PE=PA,即t=5﹣t,
∴t=.
如圖6中,當(dāng)PQ的垂直平分線經(jīng)過點(diǎn)B時(shí),作EN⊥AC于N,EP交BD于M.
易知四邊形PENG時(shí)矩形,四邊形DMEN時(shí)矩形,
∴PG=EN=t,EM=DN=PE﹣PM=(5﹣t),
QN=EN=t,
∴QD=t﹣(5﹣t)=t﹣1,
在Rt△BQD中,∵BQ2=QD2+BD2,
∴(5﹣t)2=32+(t﹣1)2,
∴t=.
綜上所述,t=s或s時(shí),PQ的垂直平分線過△ABC的頂點(diǎn).
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(1)計(jì)算以下各對(duì)數(shù)的值:__________,__________,__________.
(2)觀察(1)中三數(shù)、,之間滿足怎樣的關(guān)系式,、、之間又滿足怎樣的關(guān)系式;
(3)由(2)的結(jié)果,你能歸納出一個(gè)一般性的結(jié)論嗎?__________.(且,,)
(4)根據(jù)冪的運(yùn)算法則:以及對(duì)數(shù)的含義證明上述結(jié)論.
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