Question

已知：如圖①，在Rt△ACB中，∠C=90°，AC=4 cm，BC=3 cm，點P由B出發沿BA方向向點A勻速運動，速度為1cm/s；點Q由A出發沿AC方向向點C勻速運動，速度為2cm/s；連接PQ．若設運動的時間為t（s）（0＜t＜2），解答下列問題：

（1）當t為何值時，PQ∥BC；

（2）設△AQP的面積為y（cm2），求y與t之間的函數關系式；

（3）是否存在某一時刻t，使線段PQ恰好把Rt△ACB的周長和面積同時平分？若存在，求出此時t的值；若不存在，說明理由；

（4）如圖②，連接PC，并把△PQC沿QC翻折，得到四邊形PQP′C，那么否存在某一時刻t，使四邊形PQP′C為菱形？若存在，求出此時菱形的邊長；若不存在，說明理由．

Answer 1

（1）t=時，PQ∥BC．

（2）y=-+3t．

（3）不存在這一時刻t，使線段PQ把Rt△ACB的周長和面積同時平分．

（4）菱形PQP′C邊長為cm．

【解析】

試題分析：（1）當PQ∥BC時，我們可得出三角形APQ和三角形ABC相似，那么可得出關于AP，AB，AQ，AC的比例關系，我們觀察這四條線段，已知的有AC，根據P，Q的速度，可以用時間t表示出AQ，BP的長，而AB可以用勾股定理求出，這樣也就可以表示出AP，那么將這些數值代入比例關系式中，即可得出t的值．

（2）求三角形APQ的面積就要先確定底邊和高的值，底邊AQ可以根據Q的速度和時間t表示出來．關鍵是高，可以用AP和∠A的正弦值來求．AP的長可以用AB-BP求得，而sinA就是BC：AB的值，因此表示出AQ和AQ邊上的高后，就可以得出y與t的函數關系式．

（3）如果將三角形ABC的周長和面積平分，那么AP+AQ=BP+BC+CQ，那么可以用t表示出CQ，AQ，AP，BP的長，那么可以求出此時t的值，我們可將t的值代入（2）的面積與t的關系式中，求出此時面積是多少，然后看看面積是否是三角形ABC面積的一半，從而判斷出是否存在這一時刻．

（4）可通過構建相似三角形來求解．過點P作PM⊥AC于M，PN⊥BC于N，那么PNCM就是個矩形，解題思路：通過三角形BPN和三角形ABC相似，得出關于BP，PN，AB，AC的比例關系，即可用t表示出PN的長，也就表示出了MC的長，要想使四邊形PQP'C是菱形，PQ=PC，根據等腰三角形三線合一的特點，QM=MC，這樣有用t表示出的AQ，QM，MC三條線段和AC的長，就可以根據AC=AQ+QM+MC來求出t的值．求出了t就可以得出QM，CM和PM的長，也就能求出菱形的邊長了．

試題解析：（1）在Rt△ABC中，AB==5，

∴，

∴，

∴t=．

所以當t=時，PQ∥BC．

由題意知：AP=5-t，AQ=2t，若PQ∥BC，則△APQ∽△ABC，

（2）過點P作PH⊥AC于H．

∵△APH∽△ABC，

∴，

∴，

∴PH=3-，

∴y=×AQ×PH=×2t×（3-）=-+3t．

（3）若PQ把△ABC周長平分，則AP+AQ=BP+BC+CQ．

∴（5-t）+2t=t+3+（4-2t），解得t=1．

若PQ把△ABC面積平分，則S△APQ=S△ABC，

即-+3t=3．

∵t=1代入上面方程不成立，

∴不存在這一時刻t，使線段PQ把Rt△ACB的周長和面積同時平分．

（4）過點P作PM⊥AC于M，PN⊥BC于N，

若四邊形PQP'C是菱形，那么PQ=PC．

∵PM⊥AC于M，

∴QM=CM．

∵PN⊥BC于N，易知△PBN∽△ABC．

∴ ，

∴，

∴PN=，

∴QM=CM=，

∴++2t=4，

解得：t=．

∴當t=s時，四邊形PQP′C是菱形．

此時PM=3-=cm，CM==cm，

在Rt△PMC中，PC=cm，

∴菱形PQP′C邊長為cm．

考點：相似形綜合題．