如图,直角梯形ABCD中,AB∥CD,∠A=90°,AB=6,AD=4,DC=3,点P从点A出发沿折线段AD-DC-CB以每秒3个单位长的速度向点B匀速运动,同时,点Q从点A出发沿射线AB方向以每秒2个单位长的速度匀速运动,当点P与点B重合时停止运动,点Q也随之停止,设点P,Q的运动时间是t秒(t>0).
(1)当点P到达终点B时,求t的值;
(2)设△APQ的面积为S,分别求出点P运动到AD、CD上时,S与t的函数关系式;
(3)当t为何值时,能使PQ∥DB;
(4)是否存在t值,使PQ⊥AC?若存在,直接写出t的值;若不存在,请简要说明理由.
网友回答
解:(1)如图1,过C点作CE⊥AB,
∵直角梯形ABCD中,AB∥CD,∠A=90°,
∴四边形ADCE是矩形,
∴AD=CE,AE=CD,
∵AB=6,AD=4,DC=3,
∴AD=CE=4,AE=CD=3,EB=AB-AE=3,
∴BC==5,
∴点P到达终点B时,所走的路程为AD+CD+BC=4+3+5=12,
∵点P从点A出发沿折线段AD-DC-CB以每秒3个单位长的速度向点B匀速运动,
∴当点P到达终点B时,t==4.
答:t的值为4;
(2)当点P运动到AD时上时,
∵△APQ为直角三角形,△APQ的面积为S,
∴s=PA?AQ,
∵点P从点A出发沿折线段AD-DC-CB以每秒3个单位长的速度向点B匀速运动,
点Q从点A出发沿射线AB方向以每秒2个单位长的速度匀速运动,
∴s=×3t×2t=3t2.
当点P运动到DC时上时,
s=×AD×2t=×4×2t=4t,
答:点P运动到AD上时,S与t的函数关系式为s=3t2;
当点P运动到DC时上时,S与t的函数关系式为s=4t,
(3)若PQ∥DB,则点P、Q必在DB同侧.
①当点Q在AB上,点P在AD上时,
∵AP:AQ=3t:2t=3:2,
而AD:AB=4:6=2:3,
∴AP:AQ≠AD:AB,则此情景下PQ不平行DB;
②因点Q沿射线AB运动,
所以点Q在AB延长线上,点P在CB上时,即当3<t<4 时,PB=12-3t,PC=3t-7,BQ=2t-6.
若PQ∥DB,设直线PQ交DC与N,
∵DC∥AB,
∴△PCN∽△PBQ,
∴CN:BQ=PC:PB,则CN=;
又∵NQ∥DB,
∴CN:CD=CP:CB,
则CN=,
所以=,
解得t=(符合题意).
综上情景①、②所述,当t=时,PQ∥DB.
(4)存在t=3,使PQ⊥AC.理由如下:
分四种情况讨论:
①当0<t≤时,P在AD上,Q在AE上,设PQ与AC交于点O;
如图,若PQ⊥AC,则△AOP∽△ADC,∴AP:AC=AO:AD,∴3t:5=AO:4,∴AO=t,
又若PQ⊥AC,则△QOA∽△ADC,∴OA:DC=AQ:AC,∴AO:3=2t:5,∴AO=t,
∴t=t,∴t=0,此解不符合题意,则此时PQ⊥AC不成立;
②当<t≤时,P在DC上,Q在AB上,设PQ与AC交于点O;
如图,若PQ⊥AC,则△COP∽△CDA,∴CP:AC=OC:CD,∴(7-3t):5=OC:3,∴OC=(7-3t),
又若PQ⊥AC,则△QOA∽△ADC,∴OA:DC=AQ:AC,∴AO:3=2t:5,∴AO=t,
∵OC+OA=AC,∴(7-3t)+t=5,∴t=-,此解不符合题意,则此时PQ⊥AC不成立;
③当<t≤3时,P在CB上,Q在AB上;
如图,显然此时PQ不可能与AC垂直;
④当3<t≤4时,P在CB上,Q在AB的延长线上,设直线PQ与AC交于点O,过点P作PM⊥AB于M.
在△BPM中,PM=BP?sin∠PBM=BP=(12-3t),MQ=.
由△QAO∽△ACD,得AO:AQ=CD:AC=3:5.
过点P作PN⊥OQ交AB于N.则PN=BP=12-3t,BN=2BM=BP,
NQ=BN+BQ=BP+(2t-6)=.
由△QOA∽△QPN,得AO:AQ=PN:NQ,
即3:5=BP:,
∴25BP=18BP+30t-90,
∴7BP=7(12-3t)=30t-90,
∴51t=174,
解得t=3=3,
综上可知,当t=3时,PQ⊥AC.
解析分析:(1)把AD,DC,BC它们的和求出来再除以速度每秒3个单位就可以求出t的值;(2)当点P运动到AD时上时,根据△APQ为直角三角形,△APQ的面积为S,点P和点Q的运动速度.即可求出S与t的函数关系式;同理,求出当点P运动到DC时上时的函数关系式.(3)如图,假设t秒后PQ∥DB,利用△PCN∽△PBQ,得出对应边的比值,即可求出.(4)假设存在t值,使PQ⊥AC,分四种情况讨论即可.
点评:此题综合性很强,把图形的变换放在梯形的背景中,利用直角梯形的性质结合已知条件探究图形的变换,根据变换的图形的性质求出运动时间.此题属于难题.