在△ABC中,∠A=90°,AB=4,AC=3,M是AB上的动点(不与A、B重合),过点M作MN∥BC交AC于点N.以MN为直径作⊙O,并在⊙O内作内接矩形AMPN,令AM=x.
(1)当x为何值时,⊙O与直线BC相切?
(2)在动点M的运动过程中,记△MNP与梯形BCNM重合的面积为y,试求y与x间函数关系式,并求x为何值时,y的值最大,最大值是多少?
网友回答
解:(1)如图1,设直线BC与⊙O相切于点D,连接OA、OD,则OA=OD=MN
在Rt△ABC中,BC==5
∵MN∥BC,∴∠AMN=∠B,∠ANM=∠C
△AMN∽△ABC,∴,即,
∴MN=x,∴OD=x
过点M作MQ⊥BC于Q,则MQ=OD=x,
在Rt△BMQ和Rt△BCA中,∠B是公共角
∴Rt△BMQ∽Rt△BCA,
∴,
∴BM=x,AB=BM+MA=x+x=4
∴x=,
∴当x=时,⊙O与直线BC相切;
(2)随点M的运动,当P点落在直线BC上时,连接AP,则O点为AP的中点.
∵MN∥BC,
∴∠AMN=∠B,∠AOM=∠APB,
∴△AMO∽△ABP,
∴,
∵AM=MB=2,
故以下分两种情况讨论:
①当0<x≤2时,
∵MN∥BC,
∴∠AMN=∠B,∠ANM=∠C.
∴△AMN∽△ABC.
∴,即;
∴AN=x;
∴S=S△MNP=S△AMN=?x?x=x2.
∴当x=2时,y最大=×4=,
②当2<x<4时,设PM,PN分别交BC于E,F,
∵四边形AMPN是矩形,
∴PN∥AM,PN=AM=x,
又∵MN∥BC,
∴四边形MBFN是平行四边形;
∴FN=BM=4-x,
∴PF=x-(4-x)=2x-4,
又∵△PEF∽△ACB,
∴,
∴S△PEF=(x-2)2;
y=S△MNP-S△PEF=x2-(x-2)2=-x2+6x-6,
当2<x<4时,y=-x2+6x-6=-(x-)2+2,
∴当x=时,满足2<x<4,y最大=2.
综上所述,当0<x≤2时,当x=2时,y最大=;当2<x<4时,当x=时,y值最大,最大值是2.
解析分析:(1)当圆O与BC相切时,O到BC的距离就是MN的一半,那么关键是求出MN的表达式,可根据△AMN∽△ABC,得出MN的表达式,也就求出了O到BC的距离的表达式,如果过M作MQ⊥BC于Q,那么MQ就是O到BC的距离,然后在Rt△BMQ中,用∠B的正弦函数以及BM的表达式表示出MQ,然后让这两表示MQ的含x的表达式相等,即可求出x的值;
(2)要求重合部分的面积首先看P点在△ABC内部还是外面,因此可先得出这两种情况的分界线即当P落到BC上时,x的取值,那么P落点BC上时,MN就是△ABC的中位线,此时AM=2,因此可分两种情况进行讨论:
①当0<x≤2时,此时重合部分的面积就是△PMN的面积,△PMN的面积(1)中已经求出,即可的x,y的函数关系式.②当2<x<4时,如果设PM,PN交BC于E,F,那么重合部分就是四边形MEFN,可通过△PMN的面积-△PEF的面积来求重合部分的面积.不难得出PN=AM=x,而四边形BMNF又是个平行四边形,可得出FN=BM,也就有了FN的表达式,就可以求出PF的表达式,求出△PEF的面积,即可求出四边形MEFN的面积,也就得出了y,x的函数关系式.然后根据两种情况得出的函数的性质,以及对应的自变量的取值范围求出y的最大值即可.
点评:本题主要考查了相似三角形的性质以及二次函数的综合应用,要注意(2)中要根据P点的位置的不同分情况进行讨论,不要漏解.