1 如图,矩形ABCD中,AB=6 cm,BC=12 cm。点M从点A开始沿AB边向点B以1 cm/s的速度向B点移动,点N从点B开始沿BC边以2cm/s的速度向点C移动。若M,N分别从A、B同时出发,设移动时间为t s(0<t<6),△DMN的面积为S cm²。
(1) 求S关于t的函数表达式,并求出S的最小值。
(2) 当△DMN为直角三角形时,求△DMN的面积。

(1) 求S关于t的函数表达式,并求出S的最小值。
(2) 当△DMN为直角三角形时,求△DMN的面积。
答案
(1) 依题意可得AM = t cm,BN = 2t cm,则BM = (6 - t)cm,CN = (12 - 2t)cm。因为$S_{△ DMN}=S_{矩形ABCD}-S_{△ AMD}-S_{△ BMN}-S_{△ DNC}$,即$S=AB· BC-\frac{1}{2}AD· AM-\frac{1}{2}BM· BN-\frac{1}{2}CN· CD=6×12-\frac{1}{2}·12t-\frac{1}{2}(6 - t)·2t-\frac{1}{2}(12 - 2t)·6$,所以$S=t^2 - 6t + 36$。当t=3时,S有最小值$S_{\min}=27$。
(2) 由$∠ MDN < ∠ ADC$,可知$∠ MDN$不可能为直角,由此可进行以下分类讨论:
① 当$∠ DMN=90°$时,易得$△ AMD ∽ △ BNM$,则有$\frac{AM}{BN}=\frac{AD}{BM}$,即$\frac{t}{2t}=\frac{12}{6 - t}$,整理即为$\frac{12}{6 - t}=\frac{1}{2}$,解得t = -18,不合题意,舍去;
② 当$∠ DNM=90°$时,易得$△ CDN ∽ △ BNM$,则有$\frac{CD}{BN}=\frac{CN}{BM}$,即$\frac{6}{2t}=\frac{12 - 2t}{6 - t}$,解得$t=\frac{3}{2}$或6(舍),所以$t=\frac{3}{2}$。
综上所述,当$t=\frac{3}{2}$时,$△ DMN$是直角三角形,此时$S=(\frac{3}{2})^2 - 6×\frac{3}{2} + 36=\frac{117}{4}$。
(2) 由$∠ MDN < ∠ ADC$,可知$∠ MDN$不可能为直角,由此可进行以下分类讨论:
① 当$∠ DMN=90°$时,易得$△ AMD ∽ △ BNM$,则有$\frac{AM}{BN}=\frac{AD}{BM}$,即$\frac{t}{2t}=\frac{12}{6 - t}$,整理即为$\frac{12}{6 - t}=\frac{1}{2}$,解得t = -18,不合题意,舍去;
② 当$∠ DNM=90°$时,易得$△ CDN ∽ △ BNM$,则有$\frac{CD}{BN}=\frac{CN}{BM}$,即$\frac{6}{2t}=\frac{12 - 2t}{6 - t}$,解得$t=\frac{3}{2}$或6(舍),所以$t=\frac{3}{2}$。
综上所述,当$t=\frac{3}{2}$时,$△ DMN$是直角三角形,此时$S=(\frac{3}{2})^2 - 6×\frac{3}{2} + 36=\frac{117}{4}$。
2 如图,公园要建造圆形的喷水池,在水池中央垂直于水面处安装一个柱子$OA=2\ \mathrm{m}$,水流在各个方向沿形状相同的抛物线落下,为使水流形状较为漂亮,要求设计成水流在离$OA$距离为$1\ \mathrm{m}$处达到距水面最大高度$2.25\ \mathrm{m}$。不计其他因素,水池的半径至少为多少米,才能使喷出的水流不落到池外?

答案
以O为坐标原点、OA方向为y轴正半轴、水平面向右为x轴正半轴建立平面直角坐标系。由题意得A(0,2),顶点坐标为$(1,\frac{9}{4})$,则可设抛物线的表达式为$y=a(x - 1)^2 + \frac{9}{4}$。将点A(0,2)代入,解得$a=-\frac{1}{4}$,所以抛物线的表达式为$y=-\frac{1}{4}(x - 1)^2 + \frac{9}{4}$。当y=0时,解得$x_1=-2$(舍),$x_2=4$,所以水池半径至少为4米,才能使喷出的水流不落到池外。
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