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如图 在平面直角坐标系中 菱形ABCD的项点A B在x轴上 顶点D在y轴上 B点坐标为(4

时间:2020-01-18 11:50:41

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如图 在平面直角坐标系中 菱形ABCD的项点A B在x轴上 顶点D在y轴上 B点坐标为(4

问题补充:

如图,在平面直角坐标系中,菱形ABCD的项点A、B在x轴上,顶点D在y轴上,B点坐标为(4,0),D点坐标为(0,).动点P以每秒1个单位的速度从A点出发,沿AB向终点B运动,同时,动点Q以每秒2个单位的速度从B点出发,沿BD、DA向终点A运动.设运动时间为t秒.

(1)求经过A、D、C三点抛物线的解析式;

(2)设△POQ的面积为S,求S与t的函数关系式;

(3)当t≠4时,设PQ与y轴交于点G,判断PG与QG的数量关系,并说明理由;

(4)探索以PQ为直径的圆与AD的位置关系,并直接写出相应位置关系的t的取值范围.

答案:

解:(1)设AD=AB=x,则OA=x-4;

在Rt△AOD中,OA=x-4,AD=x,OD=4,由勾股定理得:

(x-4)2+(4)2=x2,解得:x=8

∴AD=AB=AC=8,则有:A(-4,0)、C(8,4);

设抛物线的解析式为y=ax2+bx+4,代入A、C的坐标,得:

解得

故抛物线的解析式:y=-x2+x+4.

(2)①当0<t<4时,OP=4-t,|yQ|=BQ?sin60°=2t×=t;

S=×(4-t)×t=-t2+2t;

②当4<t<8时,OP=t-4,|yQ|=AQ?sin60°=(16-2t)×=(8-t);

S=×(t-4)×(8-t)=-t2+6t-16;

综上,S=

(3)①当0<t<4时,过Q作QE⊥y轴于E,如右图;

在Rt△DQE中,DQ=8-2t,∠QDE=30°,则:QE=DQ=4-t;

而OP=4-t,所以QE=OP;

∴△QEG≌△POG(AAS),

∴PG=QG;

②当4<t<8时,同①可证得:PG=QG;

综上,当t≠4时,PG=QG.

(4)①当0<t<4时,OP=4-t,即:P(t-4,0)、Q(4-t,t),圆心G(0,t);

在Rt△OPG中,OP=4-t,OG=t,则:r2=PG2=(4-t)2+(t)2=t2-8t+16;

过G作GF⊥AD于F,如(4)①图;

在Rt△DFG中,∠FDG=30°,DG=4-t,则:d=FG=DG=2-t,

d2=(2-t)2=t2-3t+12;

∵d2-r2=t2-3t+12-(t2-8t+16)=-(t-2)2≤0,且0<t<4

∴当0<t<或<t<4时,d<r,即以PQ为直径的圆与直线AD相交;

当t=时,d=r,即以PQ为直径的圆与直线AD相切;

②当t=4时,P与O重合、D与Q重合,此时PQ为等边△ADB的高,由等边三角形三心合一的特性可知,以PQ为直径的圆与直线AD相切;

③当4<t<8时,同①可求得:

d2=t2、r2=t2-20t+64,

∵d2-r2=t2-(t2-20t+64)=-(t-8)2≤0,且4<t<8

∴当4<t<或<t<8时,d<r,即以PQ为直径的圆与直线AD相交;

当t=时,d=r,即以PQ为直径的圆与直线AD相切;

综上,当0<t<或<t<4或4<t<或<t<8时,以PQ为直径的圆与直线AD相交;

当t=或t=4或t=时,以PQ为直径的圆与直线AD相切.

解析分析:(1)解答此题的关键是求出菱形的边长,这就要从Rt△AOD入手,在这个三角形中,AO=AB-OB=AD-OB,OB、OD长已知,由勾股定理即可得出AD、AB的长,即可得出A、D、C三点的坐标,再利用待定系数法求解即可.

(2)要分两段考虑:①P在OA段、Q在BD段上时,此时以PO为底,Q点纵坐标的绝对值为高;②P在OB段、Q在AD段上时,此时以OP为底,Q点纵坐标的绝对值为高.(需注意P在A、O、B三处时,不能构成△POQ)

(3)过Q作y轴的垂线段QE,垂足为E,由(2)的解答过程不难得出DQ的长,在Rt△DQE中,∠QDE=30°,那么QE的长可得,此时只需判定△QEG、△POG全等即可.

(4)由(3)的结论知,PQ的中点在y轴上,即以PQ为直径的圆的圆心在y轴上,圆心G的坐标不难得出(其纵坐标正好是Q点纵坐标的一半),过G作AD的垂线段,通过构建直角三角形,即可得到圆心G到线段AD的距离,而由P、Q点的坐标不难得出PQ的长度表达式,比较圆的半径和圆心到AD的距离大小即可得出结论.

点评:此题主要考查的是二次函数解析式的确定、菱形的性质、三角形面积的求法、全等三角形的判定和性质以及直线与圆的位置关系;在(2)题中,一定要注意P点在不同位置时各线段对应的表达式;最后一题的难度较大,计算量和需要考虑的情况都比较多,需要细心应对.

如图 在平面直角坐标系中 菱形ABCD的项点A B在x轴上 顶点D在y轴上 B点坐标为(4 0) D点坐标为(0 ).动点P以每秒1个单位的速度从A点出发 沿AB向终

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