Question

【題目】如圖，在△ABC中，∠C=90°，AC=4，BC=3，點(diǎn)P從點(diǎn)A出發(fā)，以每秒4個(gè)單位長(zhǎng)度的速度沿折線AC-CB運(yùn)動(dòng)，到點(diǎn)B停止．當(dāng)點(diǎn)P不與△ABC的頂點(diǎn)重合時(shí)，過(guò)點(diǎn)P作其所在直角邊的垂線交AB 于點(diǎn)Q，再以PQ為斜邊作等腰直角三角形△PQR，且點(diǎn)R與△ABC的另一條直角邊始終在PQ同側(cè)，設(shè)△PQR與△ABC重疊部分圖形的面積為S（平方單位）．點(diǎn)P的運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t（秒）．

（1）求點(diǎn)P在AC邊上時(shí)PQ的長(zhǎng)，（用含t的代數(shù)式表示）；
（2）求點(diǎn)R到AC、PQ所在直線的距離相等時(shí)t的取值范圍；
（3）當(dāng)點(diǎn)P在AC邊上運(yùn)動(dòng)時(shí)，求S與t之間的函數(shù)關(guān)系式；
（4）直接寫出點(diǎn)R落在△ABC高線上時(shí)t的值．

Answer 1

【答案】
（1）解：如圖①，

由題意可知AP=4t，

tanA= ，

∴PQ=3t；

（2）解：①當(dāng)點(diǎn)P在AC邊上時(shí)，如圖①．

∵∠RPQ=45°，∠CPQ=90°，

∴∠CPR=45°=∠RPQ，

∴點(diǎn)R到直線AC、PQ距離相等，

此時(shí)0＜t＜1．

②當(dāng)點(diǎn)P在BC邊上時(shí)，過(guò)點(diǎn)R作RH⊥PQ于點(diǎn)H，如圖②，

則有PC=4t-4，PB=7-4t，

∵tanB= ，

∴PQ= PB= （7-4t）．

由題可得：RH= PC．

∵RH= PQ，

∴PC=PQ，

∴4t-4= （7-4t），

解得：t= ．

綜上所述：0＜t＜1或t= ；

（3）解：①當(dāng)0＜t≤ 時(shí)，如圖①．

過(guò)點(diǎn)R作RH⊥PQ于點(diǎn)H，

S= PQRH= ×3t× = t2．

②當(dāng) ＜t＜1時(shí)，如圖③．

過(guò)點(diǎn)R作RH⊥PQ于點(diǎn)H，交BC于點(diǎn)G，

則有RG⊥MN，RH= PQ= t，GH=PC=4-4t，

∴S=S△RPQ-S△RMN= PQRH- MNRH

=RH2RG2=（ t）2-[ t-（4-4t）]2

=-28t2+44t-16；

（4）解：點(diǎn)R落在△ABC高線上時(shí)，t的值為 ， ， ， .

可分以下幾種情況討論：如圖④～⑦

①點(diǎn)P在AC上，且點(diǎn)R在AB的高CH上，如圖④，

過(guò)點(diǎn)P作PG⊥CH于G，

易證△PGR≌△RHQ，則有PG=RH，GR=QH．

易求得AB=5，CH= ，AH= ，BH= ．

PC=4-4t，CG= PC= （4-4t），PG= PC= （4-4t），

AQ= AP=5t，QH=AH-AQ= -5t．

根據(jù)CH=CG+GR+RH=CG+QH+PG= ，得

（4-4t）+ -5t+ （4-4t）= ，

解得：t= ．

②點(diǎn)P在AC上，且點(diǎn)R在AC的高BC上，如圖⑤

過(guò)點(diǎn)R作RH⊥PQ于H，

易得PQ=2RH=2PC，PQ= AP=3t，PC=4-4t，

∴3t=2（4-4t），

解得：t= ．

③點(diǎn)P在BC上，且點(diǎn)R在BC的高AC上，如圖⑥，

過(guò)點(diǎn)R作RH⊥PQ于H，

易得PQ=2RH=2PC，PQ= PB= （7-4t），PC=4t-4，

∴ （7-4t）=2（4t-4），

解得：t= ．

④點(diǎn)P在BC上，且點(diǎn)R在AB的高CH上，如圖⑦，

過(guò)點(diǎn)P作PG⊥CH于G，

易證△PGR≌△RHQ，則有PG=RH，GR=QH．

易證△CGP∽△CHB，

∴ ．

∵BC=3，CH= ，BH= ，CP=4t-4，

∴CG= PC= （4t-4），PG= PC= （4t-4），

同理可得QB= PB= （7-4t），QH=QB-BH= （7-4t）- ．

根據(jù)CH=CG+GH=CG+RH-RG=CG+PG-QH= ，得

（4t-4）+ （4t-4）-[ （7-4t）- ]= ，

解得：t= ．

【解析】（1）根據(jù)題意求出tanA的值，得到點(diǎn)P在AC邊上時(shí)PQ的長(zhǎng)；（2）①當(dāng)點(diǎn)P在AC邊上時(shí)，得到點(diǎn)R到直線AC、PQ距離相等，此時(shí)0＜t＜1；②當(dāng)點(diǎn)P在BC邊上時(shí)，由tanB的值求出PQ的代數(shù)式，點(diǎn)R到AC、PQ所在直線的距離相等時(shí)t的取值范圍；（3）根據(jù)三角形的面積公式得到點(diǎn)P在AC邊上運(yùn)動(dòng)時(shí)，S與t之間的函數(shù)關(guān)系式；（4）①點(diǎn)P在AC上，且點(diǎn)R在AB的高CH上，得到△PGR≌△RHQ，根據(jù)全等三角形的對(duì)應(yīng)邊相等，得到PG=RH，GR=QH；求出t的值；②點(diǎn)P在AC上，且點(diǎn)R在AC的高BC上時(shí)，求出t的值；③點(diǎn)P在BC上，且點(diǎn)R在BC的高AC上時(shí)，直接求出t的值；④點(diǎn)P在BC上，且點(diǎn)R在AB的高CH上時(shí)，得到△CGP∽△CHB，得到比例，求出t的值；此題是綜合題，難度較大，計(jì)算和解方程時(shí)需認(rèn)真仔細(xì).
【考點(diǎn)精析】根據(jù)題目的已知條件，利用相似三角形的判定與性質(zhì)的相關(guān)知識(shí)可以得到問(wèn)題的答案，需要掌握相似三角形的一切對(duì)應(yīng)線段(對(duì)應(yīng)高、對(duì)應(yīng)中線、對(duì)應(yīng)角平分線、外接圓半徑、內(nèi)切圓半徑等）的比等于相似比；相似三角形周長(zhǎng)的比等于相似比；相似三角形面積的比等于相似比的平方．