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已知,如图①,∠MON=60°,点A,B为射线OM,ON上的动点(点A,B不与点O重合),且AB=4,在∠MON的内部,△AOB的外部有一点P,且AP=BP,∠APB=120°.
(1)求AP的长;
(2)求证:点P在∠MON的平分线上.
(3)如图②,点C,D,E,F分别是四边形AOBP的边AO,OB,BP,PA的中点,连接CD,DE,EF,FC,OP.
①当AB⊥OP时,请直接写出四边形CDEF的周长的值;
②若四边形CDEF的周长用t表示,请直接写出t的取值范围.

【答案】分析:(1)过点P作PQ⊥AB于点Q.根据等腰三角形的“三线合一”的性质推知AQ=BQ=AB,然后在直角三角形中利用特殊角的三角函数的定义可以求得AP的长度;
(2)作辅助线PS、PT(过点P分别作PS⊥OM于点S,PT⊥ON于点T)构建全等三角形△APS≌△BPT;然后根据全等三角形的性质推知PS=PT;最后由角平分线的性质推知点P在∠MON的平分线上;
(3)利用三角形中位线定理知四边形CDEF的周长的值是OP+AB.①当AB⊥OP时,根据直角三角形中锐角三角函数的定义可以求得OP的长度;②当AB⊥OP时,OP取最大值,即四边形CDEF的周长取最大值;当点A或B与点O重合时,四边形CDEF的周长取最小值.
解答:(1)解:过点P作PQ⊥AB于点Q.
∵PA=PB,∠APB=120°,AB=4
∴AQ=BQ=2,∠APQ=60°(等腰三角形的“三线合一”的性质),
在Rt△APQ中,sin∠APQ=
∴AP====4;

(2)证明:过点P分别作PS⊥OM于点S,PT⊥ON于点T.
∴∠OSP=∠OTP=90°(垂直的定义); 
在四边形OSPT中,∠SPT=360°-∠OSP-∠SOB-∠OTP=360°-90°-60°-90°=120°,
∴∠APB=∠SPT=120°,∴∠APS=∠BPT;
又∵∠ASP=∠BTP=90°,AP=BP,
∴△APS≌△BPT,
∴PS=PT(全等三角形的对应边相等)
∴点P在∠MON的平分线上;

(3)①∵OP平分∠AOB,∠AOB=60°,OP⊥AB,
∴AQ=BQ=AB=2,
∴OQ==6,
同理:PQ==2,
∴OP=8,
∵点C,D,E,F分别是四边形AOBP的边AO,OB,BP,PA的中点,
∴CD=EF=AB,CF=DE=OP,
∴四边形CDEF的周长为:8+4  
②CD和EF是△ABO和△ABP的中位线,
则CD=EF=AB=2,
CF和DE分别是△AOP和△BOP的中位线,则CF=DE=OP,
当AB⊥OP时,OP为四点边形AOBP外接圆的直径时,OP最大,其值是8,OP一定大于当点A或B与点O重合时的长度是4.
则4+4<t≤8+4.
点评:本题综合考查了等腰三角形的性质、三角形中位线定理、解直角三角形以及全等三角形的判定与性质.解答该题时,利用了角平分线逆定理--到角两边的距离相等的点在角平分线角平分线上.
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