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如图,在Rt△ABC中,AB=AC=4.一动点P从点B出发,沿BC方向以每秒1个单位长度的速度匀速运动,到达点C即停止.在整个运动过程中,过点P作PD⊥BC与Rt△ABC的直角边相交于点D,延长PD至点Q,使得PD=QD,以PQ为斜边在PQ左侧作等腰直角三角形PQE.设运动时间为t秒(t>0).

(1)在整个运动过程中,设△ABC与△PQE重叠部分的面积为S,请直接写出S与t之间的函数关系式以及相应的自变量t的取值范围;

(2)当点D在线段AB上时,连接AQ、AP,是否存在这样的t,使得△APQ成为等腰三角形?若存在,求出对应的t的值;若不存在,请说明理由;

(3)当t=4秒时,以PQ为斜边在PQ右侧作等腰直角三角形PQF,将四边形PEQF绕点P旋转,PE与线段AB相交于点M,PF与线段AC相交于点N.试判断在这一旋转过程中,四边形PMAN的面积是否发生变化?若发生变化,求出四边形PMAN的面积y与PM的长x之间的函数关系式以及相应的自变量x的取值范围;若不发生变化,求出此定值.

 

【答案】

(1)当0<t≤4时,S=t2,当4<t≤时,S=-t2+8t-16,当<t<8时,S=t2-12t+48;(2)秒或t2=(12-4)秒;(3)8.

【解析】

试题分析:(1)当PQ过A时求出t=4,当E在AB上时求出t=,当P到C点时t=8,即分为三种情况:根据三角形面积公式求出当0<t≤4时,S=t2,当4<t≤时,S=-t2+8t-16,当<t<8时,S= t2-12t+48;

(2)存在,当点D在线段AB上时,求出QD=PD=t,PD=2t,过点A作AH⊥BC于点H,PH=BH-BP=4-t,在Rt△APH中求出AP=,

(ⅰ)若AP=PQ,则有 ,

(ⅱ)若AQ=PQ,过点Q作QG⊥AP于点G,根据△PGQ∽△AHP求出PG=,若AQ=PQ,得出.

(ⅲ)若AP=AQ,过点A作AT⊥PQ于点T,得出4=×2t,求出方程的解即可;

(3)四边形PMAN的面积不发生变化,连接AP,此时t=4秒,求出S四边形PMAN=S△APM+S△APN=S△CPN+S△APN=S△ACP=×CP×AP=8.

试题解析:(1)当0<t≤4时,S=t2,当4<t≤时,S=-t2+8t-16,当<t<8时,S=t2-12t+48;(2)存在,理由如下:

当点D在线段AB上时,

∵AB=AC,

∴∠B=∠C=(180°-∠BAC)=45°.

∵PD⊥BC,

∴∠BPD=90°,

∴∠BDP=45°,

∴PD=BP=t,

∴QD=PD=t,

∴PQ=QD+PD=2t.

过点A作AH⊥BC于点H,

∵AB=AC,

∴BH=CH=BC=4,AH=BH=4,

∴PH=BH-BP=4-t,

在Rt△APH中,AP=;

(ⅰ)若AP=PQ,则有.

解得:,(不合题意,舍去);

(ⅱ)若AQ=PQ,过点Q作QG⊥AP于点G,如图(1),

∵∠BPQ=∠BHA=90°,

∴PQ∥AH.

∴∠APQ=∠PAH.

∵QG⊥AP,

∴∠PGQ=90°,

∴∠PGQ=∠AHP=90°,

∴△PGQ∽△AHP,

∴,即,

∴,

若AQ=PQ,由于QG⊥AP,则有AG=PG,即PG=AP,

即.

解得:t1=12-4,t2=12+4(不合题意,舍去);

(ⅲ)若AP=AQ,过点A作AT⊥PQ于点T,如图(2),

易知四边形AHPT是矩形,故PT=AH=4.

若AP=AQ,由于AT⊥PQ,则有QT=PT,即PT=PQ,

即4=×2t.解得t=4.

当t=4时,A、P、Q三点共线,△APQ不存在,故t=4舍去.

综上所述,存在这样的t,使得△APQ成为等腰三角形,即秒或t2=(12-4)秒;

(3)四边形PMAN的面积不发生变化.理由如下:

∵等腰直角三角形PQE,

∴∠EPQ=45°,

∵等腰直角三角形PQF,

∴∠FPQ=45°.

∴∠EPF=∠EPQ+∠FPQ=45°+45°=90°,

连接AP,如图(3),

∵此时t=4秒,

∴BP=4×1=4=BC,

∴点P为BC的中点.

∵△ABC是等腰直角三角形,

∴AP⊥BC,AP=BC=CP=BP=4,∠BAP=∠CAP=∠BAC=45°,

∴∠APC=90°,∠C=45°,

∴∠C=∠BAP=45°,

∵∠APC=∠CPN+∠APN=90°,

∠EPF=∠APM+∠APN=90°,

∴∠CPN=∠APM,

∴△CPN≌△APM,

∴S△CPN=S△APM,

∴S四边形PMAN=S△APM+S△APN=S△CPN+S△APN=S△ACP=×CP×AP=×4×4=8.

∴四边形PMAN的面积不发生变化,此定值为8.

考点: 相似形综合题.

 

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(t-2)
(t-2)
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