Question

如圖，在矩形ABCD中，AB＝1，BC＝3，點E為BC邊上的動點（點E與點B、C不重合），設BE＝x．
操作：在射線BC上取一點F，使得EF＝BE，以點F為直角頂點、EF為邊作等腰直角三角形EFG，設△EFG與矩形ABCD重疊部分的面積為S．
（1）求S與x的函數關系式，并寫出自變量x的取值范圍；
（2）S是否存在最大值？若存在，請直接寫出最大值，若不存在，請說明理由．
 

Answer 1

（1）①當0＜x≤1時， S=EF•FG=x²（0＜x≤1）；
②當1＜x≤1.5時，S=（MN+EF）FN=x﹣（1＜x≤1.5）；
③當1.5＜x≤2時，S=（MD+EC）CD=﹣x+（1.5＜x≤2）
④當2＜x＜3時， S=CE•CM=x²﹣3x+（2＜x＜3）；
（2）存在，其最大值為1．

試題分析：（1）本題要分情況進行討論：
①當EF≤CD，即當0＜x≤1時，重合部分是△EFG，兩直角邊的長均為x，由此可得出S，x的函數關系式．
②當CD＜EF≤BC，即當1＜x≤1.5時，重合部分是個梯形，可用相似三角形求出梯形的上底的長，進而根據梯形的面積計算公式得出S，x的函數關系式．
③當EF＞BC，但D在EG上或EG右側，即當1.5＜x≤2時，此時重合部分是個梯形，如果設EG與AD相交于點M，AD的延長線與FG相交于點N，可先在相似三角形GMN和GEF中求出MN的長，而后根據MD=MN﹣DN求出梯形的上底長，進而可按梯形的面積計算公式得出S，x的函數關系式．
④當EF在D點右側時，即當2＜x＜3時，重合部分是個三角形，先用x表示出兩直角邊的長，然后按①的方法進行求解即可．
（2）按上面分析的四種情況，分別進行求解，得出不同自變量的取值范圍內S的最大值，然后進行比較即可得出S的最大值．
（1）①當0＜x≤1時，FG=EF=x＜1=AB（如圖1），
∴S=EF•FG=x²（0＜x≤1）；
②當1＜x≤1.5時，FG=EF=x＞1=AB（如圖2），
設EG與AD相交于點M，FG與AD相交于點N，
∵四邊形ABCD是矩形
∴AD∥BC
∴∠GNM=∠GEF=45°，∠GNM=∠GFE=90°
∴∠MGN=45°
∴MN=GN=x﹣1
S=（MN+EF）FN=x﹣（1＜x≤1.5）；
③當1.5＜x≤2時，（如圖3），設EG與AD相交于點M，AD的延長線與FG相交于點N，
∵四邊形ABCD是矩形
∴AN∥BF
同理MN=GN=x﹣1
∵∠FNM=∠GFE=∠DCF=90°
∴四邊形DCFN是矩形
DN=CF=BF﹣BC=2x﹣3，
MD=MN﹣DN=（x﹣1）﹣（2x﹣3）=2﹣x
S=（MD+EC）CD=﹣x+（1.5＜x≤2）
④當2＜x＜3時，（如圖4），
設EG與CD相交于點M
∵四邊形ABCD是矩形，△EFG是等腰直角三角形，
∴∠MCE=90°，∠MEC=45°=∠CME
∴CM=CE=3﹣x
∴S=CE•CM=x²﹣3x+（2＜x＜3）；

（2）存在，其最大值為1．