如图,在矩形ABCD中,对角线AC=10,点B到AC的距离为4,E、F是对角线AC上的两个动点,它们分别从点A、点C同时出发,沿对角线以1厘米/秒的相同速度运动,过E作EH⊥AC交Rt△ACD的直角边于H;过F作FG⊥AC交CD边于G,连接HG.
(1)求∠ACB的正切值;
(2)设HE、EF、FG、GH围成的图形面积为S,若点E的运动时间为t秒,求S与t之间的函数关系式及自变量t的取值范围;
(3)当t取何值时,以E为圆心,EH为半径的圆E,与以F为圆心,FG为半径的圆F外切?
网友回答
解:(1)过点B作BM⊥AC于点M,则BM=4,
由题意可得,∠ACB=∠ABM=90°-∠CBM,
又∵∠AMB=∠BMC=90°,
∴△AMB∽△BMC,
∴BM:MC=AM:BM,即BM2=AM?MC,
设MC=x,则AM=10-x,
∴42=x(10-x),
解得x=2或x=8(不合题意,舍去).
∴tan∠ACB===2;
(2)①当点H在直角边AD上时,如原题图.
由题意知,AE=CF=t,EF=10-2t,
在Rt△AHE中,tan∠DAC=tan∠ACB==2,
∴HE=2t,同理?GF=t,
∴由HE、EF、FG、GH围成的图形面积S=(t+2t)(10-2t)=-t2+t,
即S=-t2+t(0<t≤2);
②当点H在直角边CD上,且H在G的左边时,如备用图1.
由题意得,AE=CF=t,EF=10-2t,EC=10-t,HE=(10-t),GF=t,
∴由HE、EF、FG、GH围成的图形面积S=[(10-t)+t](10-2t)=25-5t,
即S=25-5t(2<t<5);
③当点H在直角边CD上,且H在G的右边时,如备用图2.
由题意得,AE=CF=t,EF=2t-10,EC=10-t,HE=(10-t),GF=t,
∴由HE、EF、FG、GH围成的图形面积S=[(10-t)+t](2t-10)=5t-25,
即?S=5t-25(5<t≤8);
(3)设以E为圆心,EH为半径的圆E,与以F为圆心,FG为半径的圆F外切,
那么应满足EH+FG=EF.
①当点H在直角边AD上时,
∵HE=2t,GF=t,EF=10-2t,
∴2t+t=10-2t,解得t=.
∵0<t≤2,∴t=不合题意,舍去;
②当点H在直角边CD上,且H在G左边时,
∵HE=(10-t),GF=t,EF=10-2t,
∴(10-t)+t=10-2t,
解得t=,符合题意;
③当点H在直角边AD上,且H在G右边时,
∵HE=(10-t),GF=t,EF=2t-10,
∴(10-t)+t=2t-10,
解得t=,符合题意;
综上,可知当t=或时,以E为圆心,EH为半径的圆E,与以F为圆心,FG为半径的圆F外切.
解析分析:(1)过点B作BM⊥AC于点M,根据两角对应相等的两三角形相似得出△AMB∽△BMC,由相似三角形对应边成比例得出BM:MC=AM:BM,即BM2=AM?MC,设MC=x,列出方程,解方程求出x的值,根据三角函数的定义即可求出∠ACB的正切值;
(2)分三种情况讨论:①点H在直角边AD上;②点H在直角边CD上,且H在G的左边;③点H在直角边CD上,且H在G的右边.先用含t的代数式分别表示HE,GF,EF,再利用梯形的面积公式S=(GF+HE)?EF,即可求解;
(3)以E为圆心,EH为半径的圆E,与以F为圆心,FG为半径的圆F外切时,根据两圆外切时圆心距等于两圆半径之和,得出EH+FG=EF.再分三种情况讨论:①点H在直角边AD上;②点H在直角边CD上,且H在G的左边;③点H在直角边CD上,且H在G的右边.先用含t的代数式分别表示HE,GF,EF,再根据EH+FG=EF列出方程,解方程即可.
点评:本题考查了矩形的性质,相似三角形的判定与性质,解直角三角形,梯形的面积,圆与圆的位置关系,综合性较强,有一定难度.运用数形结合、分类讨论及方程思想是解题的关键.