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中考数学真题 如何求解三角形边上的动点问题?分类讨论方法详解

时间:2021-08-03 18:58:58

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中考数学真题 如何求解三角形边上的动点问题?分类讨论方法详解

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三角形边上的多个动点问题是数学中考的重要题型,本文就例题详细解析动点构成正方形必须在三角形内部、动点构成线段与三角形的边长平行等问题的解题思路,希望能给初三学生的数学学习带来帮助。

例题

在Rt△ABC中,∠C=90°,AB=10,AC=8,点Q在AB上,且AQ=2,过点Q作QR⊥AB,垂足为Q,QR交折线AC-CB于点R,如图所示,当点Q以每秒2个单位长度的速度向终点B移动时,点P同时从点A出发,以每秒6个单位长度的速度沿AB-BC-CA移动,设移动的时间为ts.

(1)求△BCQ的面积S与t之间的函数关系式;

(2)当t为何值时,QP∥AC;

(3)当t为何值时,直线QR经过点P;

(4)当点P在AB上运动时,若以PQ为边在AB上方所作的正方形PQMN在Rt△ABC的内部,求此时t的取值范围。

1、求△BCQ的面积S与t之间的函数关系式

过点C作CD⊥AB,交AB于点D

根据题目中的条件:点Q的运动速度为每秒2个单位长度,则运动t秒,点Q的运动距离=2t;

根据题目中的条件和结论:运动前AQ=2,点Q的运动距离=2t,则运动t秒后AQ=2+2t;

根据题目中的条件和结论:AB=10,运动t秒后AQ=2+2t,则BQ=AB-AQ=8-2t;

根据勾股定理和题目中的条件:∠C=90°,AB=10,AC=8,BC^2+AC^2=AB^2,则BC=6;

根据三角形面积公式和结论:AB=10,AC=8,BC=6,S△ABC=BC*AC/2=AB*CD/2,则CD=24/5;

根据三角形面积公式和结论:BQ=8-2t,CD=24/5,则S△BCQ=BQ*CD/2=-24/5t+96/5;

根据题目中的条件和结论:AQ=2+2t,AB=10,则点Q运动到点B的时间t=4;

所以,△BCQ的面积S与t之间的函数关系式为S=-24/5t+96/5,其中0≤t≤4。

2、当QP∥AC,求t的值

根据平行线的性质和题目中的条件:两直线平行同位角相等,QP∥AC,则∠BQP=∠BAC;

根据相似三角形的判定和结论:两组对应角相等的两个三角形相似,∠BQP=∠BAC,∠B=∠B,则△BQP∽△BAC;

根据相似三角形的性质和结论:相似三角形的对应边成比例,△BQP∽△BAC,则BQ/BP=BA/BC;

根据题目中的条件:点P从点A出发,运动速度=6个单位长度/秒,则经过t秒,点P的运动距离=6t;

根据题目中的条件和结论:点P的运动距离=6t,AB=10,则BP=6t-10;

根据结论:BQ/BP=BA/BC,BQ=8-2t,BP=6t-10,AB=10,BC=6,则(8-2t)/(6t-10)=10/6,可求得t=17/9;

所以,当QP∥AC时,t的值为37/18。

3、当直线QR经过点P,求t的值

(1)点P在AB上

根据题目中的条件:AB=10,点P的运动速度=6个单位长度/秒,则点P运动到点B的时间t1=10/6=5/3;

根据结论:点Q运动到点B的时间t=4,点P运动到点B的时间t1=5/3,则在AB上点P超过点Q;

根据结论:AQ=2+2t,AP=6t,当直线QR经过点P,即点P、Q重合时,AP=AQ,则2+2t=6t,可求得t=1/2。

(2)点P在BC上

根据题目中的条件和结论:AB=10,BC=6,则AB+BC=16;

根据结论:点P的运动速度=6个单位长度/秒,AB+BC=16,则点P运动到点C的运动时间t2=16/6=8/3;

根据勾股定理和结论:CD⊥AB,AC=8,CD=24/5,AD^2=AC^2-CD^2,则AD=32/5;

根据结论:AD=32/5,点Q的运动距离=2+2t3,当点Q运动到点D时,2+2t3=32/5,则点Q的运动时间t3=11/5;

根据结论:t2=8/3,t3=11/5,则t2>t3,即点Q运动到点D时,点P在BC上,直线QR在BC上能与点P重合,即点P与点R重合;

根据题目中的条件:QR⊥AB,则∠BQR=90°;

根据相似三角形的判定和结论:两组对应角相等的两个三角形相似,∠BQR=∠BCA,∠B=∠B,则△BQR∽△BCA;

根据相似三角形的性质和结论:相似三角形的对应边成比例,△BQR∽△BCA,则BP/AB=BQ/BC;

根据结论:BP/AB=BQ/BC,AB=10,BC=6,BP=6t-10,BQ=8-2t,则(6t-10)/10=(8-2t)/6,可求得t=5/2。

所以,当直线QR经过点P时,t的值为1/2或5/2。

4、当正方形PQMN在Rt△ABC的内部,求t的值

(1)点P在点Q的左侧

根据结论:AQ=2+2t,AP=6t,则PQ=AQ-AP=2-4t;

根据正方形的性质和题目中的条件:正方形的四个角为直角,四边相等,四边形PQMN为正方形,则NP=PQ,∠NPQ=90°;

根据题目中条件和结论:∠NPQ=90°,∠NPA+∠NPQ=180°,则∠NPA=90°;

根据结论:NP=PQ,PQ=2-4t,则NP=2-4t;

根据相似三角形的判定和结论:两组对应角相等的两个三角形相似,∠NPA=∠BCA,∠A=∠A,则△NPA∽△BCA;

根据相似三角形的性质和结论:相似三角形的对应边成比例,△NPA∽△BCA,则NP/BC=AP/AC;

根据结论:NP/BC=AP/AC,NP=2-4t,BC=6,AP=6t,AC=8,则(2-4t)/4=6t/8,可求得t=4/17;

(2)点P在点Q的右侧

根据结论:AQ=2+2t,AP=6t,则PQ=AP-AQ=4t-2;

根据结论:AP=6t,AP+BP=AB,AB=10,则BP=10-6t;

根据结论:NP=PQ,PQ=4t-2,则NP=4t-2;

根据题目中条件和结论:∠NPQ=90°,∠NPB+∠NPQ=180°,则∠NPB=90°;

根据相似三角形的判定和结论:两组对应角相等的两个三角形相似,∠NPB=∠BCA,∠B=∠B,则△NPB∽△ACB;

根据相似三角形的性质和结论:相似三角形的对应边成比例,△NPB∽△ACB,则NP/AC=BP/BC;

根据结论:NP/AC=BP/BC,NP=4t-2,BC=6,BP=10-6t,AC=8,则(4t-2)/8=(10-6t)/6,可求得t=18/23;

根据结论:t=1/2时,点P与点Q重合,不构成正方形,则t=1/2不符合条件,舍去;

所以,当正方形PQMN在Rt△ABC的内部时,t的取值范围为:4/17≤t≤18/23,且t≠1/2。

结语

解决本题的关键是利用新构成的三角形与原三角形的相似关系,得到对应边长的比例相等,根据题意写出边长与时间t的函数关系,再代入相似比中进行求解,就可以得到题目需要的值。

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