题目
如图,在平面直角坐标系中,
O为原点,
△OAB是等腰直角三角形,
∠OBA=90∘,点
A(5,0),点
B在第一象限,点
P从点
O出发,以每秒
1个单位长度的速度沿边
OA向终点
A运动,过点
P作
PQ⊥OA,交
△OAB的直角边于点
Q,将线段
QP绕点
Q逆时针旋转
90∘得到线段
QM,点
P的对应点为
M,连接
PM.设
△PQM与
△OAB重合部分的面积为
S,点
P运动的时间为
t秒
(t>0).
(1)直接写出点
B的坐标;
(2)当点
M落在
AB上时,求
t的值;
(3)求
S关于
t的函数关系式,并写出
t的取值范围.
知识点:二次函数的最值、全等三角形的判定、解直角三角形、根据实际问题列二次函数关系式、翻折变换(折叠问题)章节:第22章 二次函数 / 22.3 实际问题与二次函数
答案与解析
答案
(1)过点
B作
BC⊥OA于点
C,如图
1所示:
∵点
A(5,0),点
B在第一象限,
∴OA=5,
∵△OAB是等腰直角三角形,
∠OBA=90∘,
∴OB=AB,
∵BC⊥OA,
∴OC=AC=BC=21OA=2.5,
∴点
B的坐标为
(2.5,2.5);
(2)当点
M落在
AB上时,如图
2所示:
△OAB是等腰直角三角形,
∠OBA=90∘,
OA=5,
∴OB=AB,
∠BOA=∠BAO=45∘,
由勾股定理得:
OA=OB2+AB2=2OA,
∴AB=OB=22OA=252,
根据点
P运动的速度和时间得:
OP=t,
∵PQ⊥OA,
∴△OPQ是等腰直角三角形,
∴OP=PQ=t,
由勾股定理得:
OQ=OP2+PQ2=2t,
∴BQ=OB−OQ=252−2t,
由旋转的性质得:
∠PQM=90∘,
QM=PQ=t,
∴△PQM是等腰直角三角形,
QM⊥PQ,
∴QM∥OA,
∵M在
AB上,
∴△BQM∽△BOA,
∴OBBQ=OAQM,
∴OA⋅BQ=OB⋅QM,
即
5(252−2t)=252t,
解得:
t=35;
(3)依题意有以下三种情况:
①当点
M在
△OAB的内部或点
M落在
AB上时,
此时
0≤t≤35,如图
3所示:
△PQM与
△OAB重合部分的面积为
S=S△PQM,
由(2)可知:
PQ=QM=t,
∴S△PQM=21t2,
∴S=21t2,
②当点
M在
△OAB的外部,且点
Q在
OB上时,
此时
35<OP≤25,设
QM交
AB与点
D,
PM交
AB于点
E,如图
4所示:

由(2)可知:
QM∥OA,
OP=PQ=QM=t,
BQ=252−2t,
∴△BQM∽△BOA,
∴OBBQ=OAQD,
∴OA⋅BQ=OB⋅QD,
即
5(252−2t)=252×QD,
∴QD=5−2t,
∴DM=QM−QD=t−(5−2t)=3t−5,
∵△PQM是等腰直角三角形,
∴∠M=45∘,
∵QM∥OA,
∴∠MDE=∠BAO=45∘,
∴∠M=∠MDE=45∘,
∴△DEM是等腰直角三角形,
∴DE=ME,
由勾股定理得:
DE2+ME2=DM2,
∴DE2=21DM2=21(3t−5)2,
∴S△DEM=21DE⋅ME=21DE2=41(3t−5)2,
∵△PQM与
△OAB重合部分的面积为
S=S△PQM−S△DEM,
∴S=21t2−41(3t−5)2=−47t2+215t−425;
③当点
M△OAB的外部,且点
Q在
AB上时,
此时
25<t≤5,设
PM交
AB于点
F,如图
4所示:
∵OP=t,
OA=5,
∴AP=OA−OP=5−t,
∵∠BAO=45∘,
OP⊥OA,
∴△PAQ是等腰直角三角形,
∴PQ=AP=5−t,
∵△PQM是等腰直角三角形,
∴PQ=QM=5−t,
∠M=45∘,
由勾股定理得:
PM=PQ2+QM2=2(5−t),
∵QM∥OA,
∴∠FQM=∠BAO=45∘,
∴△FQM是等腰直角三角形,
∴∠QFM=90∘,
即
QF⊥PM,
∴QF=PF=FM=21PM=22(5−t),
∵△PQM与
△OAB重合部分的面积为
S=S△PQF,
∴S=21PF⋅QF=21×22(5−t)×22(5−t)=41(5−t)2,
综上所述:
S关于
t的函数关系式是:
S=⎩⎨⎧21t2−47t2+215t−42541(5−t)2(0≤t≤35)(35<t≤25)(25<t≤5).
解析
(1)过点
B作
BC⊥OA于点
C,如图
1所示:
∵点
A(5,0),点
B在第一象限,
∴OA=5,
∵△OAB是等腰直角三角形,
∠OBA=90∘,
∴OB=AB,
∵BC⊥OA,
∴OC=AC=BC=21OA=2.5,
∴点
B的坐标为
(2.5,2.5);
(2)当点
M落在
AB上时,如图
2所示:
△OAB是等腰直角三角形,
∠OBA=90∘,
OA=5,
∴OB=AB,
∠BOA=∠BAO=45∘,
由勾股定理得:
OA=OB2+AB2=2OA,
∴AB=OB=22OA=252,
根据点
P运动的速度和时间得:
OP=t,
∵PQ⊥OA,
∴△OPQ是等腰直角三角形,
∴OP=PQ=t,
由勾股定理得:
OQ=OP2+PQ2=2t,
∴BQ=OB−OQ=252−2t,
由旋转的性质得:
∠PQM=90∘,
QM=PQ=t,
∴△PQM是等腰直角三角形,
QM⊥PQ,
∴QM∥OA,
∵M在
AB上,
∴△BQM∽△BOA,
∴OBBQ=OAQM,
∴OA⋅BQ=OB⋅QM,
即
5(252−2t)=252t,
解得:
t=35;
(3)依题意有以下三种情况:
①当点
M在
△OAB的内部或点
M落在
AB上时,
此时
0≤t≤35,如图
3所示:
△PQM与
△OAB重合部分的面积为
S=S△PQM,
由(2)可知:
PQ=QM=t,
∴S△PQM=21t2,
∴S=21t2,
②当点
M在
△OAB的外部,且点
Q在
OB上时,
此时
35<OP≤25,设
QM交
AB与点
D,
PM交
AB于点
E,如图
4所示:

由(2)可知:
QM∥OA,
OP=PQ=QM=t,
BQ=252−2t,
∴△BQM∽△BOA,
∴OBBQ=OAQD,
∴OA⋅BQ=OB⋅QD,
即
5(252−2t)=252×QD,
∴QD=5−2t,
∴DM=QM−QD=t−(5−2t)=3t−5,
∵△PQM是等腰直角三角形,
∴∠M=45∘,
∵QM∥OA,
∴∠MDE=∠BAO=45∘,
∴∠M=∠MDE=45∘,
∴△DEM是等腰直角三角形,
∴DE=ME,
由勾股定理得:
DE2+ME2=DM2,
∴DE2=21DM2=21(3t−5)2,
∴S△DEM=21DE⋅ME=21DE2=41(3t−5)2,
∵△PQM与
△OAB重合部分的面积为
S=S△PQM−S△DEM,
∴S=21t2−41(3t−5)2=−47t2+215t−425;
③当点
M△OAB的外部,且点
Q在
AB上时,
此时
25<t≤5,设
PM交
AB于点
F,如图
4所示:
∵OP=t,
OA=5,
∴AP=OA−OP=5−t,
∵∠BAO=45∘,
OP⊥OA,
∴△PAQ是等腰直角三角形,
∴PQ=AP=5−t,
∵△PQM是等腰直角三角形,
∴PQ=QM=5−t,
∠M=45∘,
由勾股定理得:
PM=PQ2+QM2=2(5−t),
∵QM∥OA,
∴∠FQM=∠BAO=45∘,
∴△FQM是等腰直角三角形,
∴∠QFM=90∘,
即
QF⊥PM,
∴QF=PF=FM=21PM=22(5−t),
∵△PQM与
△OAB重合部分的面积为
S=S△PQF,
∴S=21PF⋅QF=21×22(5−t)×22(5−t)=41(5−t)2,
综上所述:
S关于
t的函数关系式是:
S=⎩⎨⎧21t2−47t2+215t−42541(5−t)2(0≤t≤35)(35<t≤25)(25<t≤5).