如图,以等边△OAB的边OB所在直线为x轴,点O为坐标原点,使点A在第一象限建立平面直角坐标系,其中△OAB边长为6个单位,点P从O点出发沿折线OAB向B点以3单位/秒的速度向B点运动,点Q从O点出发以2单位/秒的速度沿折线OBA向A点运动,两点同时出发,运动时间为t(单位:秒),当两点相遇时运动停止.
(1)点A坐标为______,P、Q两点相遇时交点的坐标为______;
(2)当t=2时,S△OPQ=______;当t=3时,S△OPQ=______;
(3)设△OPQ的面积为S,试求S关于t的函数关系式;
(4)当△OPQ的面积最大时,试求在y轴上能否找一点M,使得以M、P、Q为顶点的三角形是Rt△?若能找到请求出M点的坐标,若不能找到请简单说明理由.
网友回答
解:(1)过A作AC⊥x轴于C,在Rt△OAC中,OA=6,∠AOC=60°,则OC=3,AC=3,
由此可得A(3,3);
当P、Q相遇时,3t+2t=18,即t=;
此时P、Q都在线段AB上,且QB=2×-6=,同上可求得此交点坐标为(,);
故:A点坐标为、交点坐标为.
(2)当t=2时,P、A重合,S△OPQ=×4×3=6;
当t=3时,Q、B重合,此时PB=12-3×3=3,△OPQ的高为:PB?sin60°=,
∴S△OPQ=×6×=;
故当t=2时,S△OPQ=;当t=3时,S△OPQ=.
(3)①当0≤t≤2时,P在线段OA上,Q在线段OB上;
S=OQ?OPsin60°=×3t×2t×=;
②当2<t≤3时,P在线段AB上,Q在线段OB上;
设OQ边上的高为h,=,解得h=6-t,
S=OQ?h=×2t×(6-t)=-t2+6t;
③当3<t≤时,P、Q都在线段AB上,
PQ=6-(3t-6)-(2t-6)=18-5t,
S=×3×(18-5t)=-t+27;
故:S=.
(4)对(3)中的分段函数进行计算后得知当t=2,S有最大值,
此时P与A重合,OP=6,OQ=4,过P作PC⊥OB于C点,计算得OC=3,AC=,CQ=1,PQ=
①如图①,过P作PM⊥PQ交y轴于M点,过M作MN⊥AC于N,则MN=OC=3,易得Rt△PMN∽△QPC,
有即,得PN=,MO=NC=故M点坐标为.
②如图②,过Q作MQ⊥PQ交y轴于M点,通过△MOQ∽△QCP,求得M坐标为.
③如图③,以PQ为直径作⊙D,则⊙D半径r为,再过P作PE⊥y轴于E点,过D作DF⊥y轴于F点,
由梯形中位线求得DF=,显然r<DF,故⊙D与y无交点,那么此时在y轴上无M点使得△MPQ为直角三角形.
综上所述,满足要求的M点或.
解析分析:(1)过A作AC⊥x轴于C,通过解直角三角形,易求得A点坐标;当P、Q相交时,两点的运动的距离总和为△OAB的周长,然后过交点作x轴的垂线,同上可求得此交点的坐标.
(2)当t=2时,P、A重合,Q在线段OB上,以OB为底、A点纵坐标为高可求得△OPQ的面积;
当t=3时,Q、B重合时,P在线段AB上,易得BP的长,BP?sin60°即为△OPQ的高,底边OB的长为△OAB的边长,由此可得到△OPQ的面积.
(3)此题应分三种情况讨论:
①当0≤t≤2时,点P在线段OA上,点Q在线段OB上,易求得OQ、OP的长,以OQ为底,OP?sin60°为高即可得到S、t的函数关系式;
②当2<t≤3时,点P在线段AB上,点Q在线段OB上,解法同①;
③3<t≤时,点P、Q都在线段AB上,可由△OPB、△OQB的面积差得到△OPQ的面积,从而求得S、t的函数关系式.
(4)讲过计算可知当S最大时,P、A重合;然后分三种情况讨论:
①以P为直角顶点,即PM⊥PQ,可过P作PC⊥x轴于C,过M作PC的垂线,通过Rt△PMN∽△QPC,求得PN、OM的长,进而可得到M点的坐标;
②以Q为直角顶点,解法同①;
③取PQ的中点D,以D为圆心,PQ为直径作圆,过P、D作y轴的垂线,设垂足为E、F;易求得PE、OQ的长,根据梯形中位线定理即可求得DF的长,然后同⊙D的半径进行比较,发现⊙D的半径要小于DF的长,即⊙D与y轴相离,故此种情况不成立.
点评:此题考查了等边三角形的性质、相似三角形的判定和性质、图形面积的求法以及二次函数最值的应用、直角三角形的判定等知识,同时还涉及到分类讨论的数学思想,难度较大.