23. (14 分)如图,在菱形 $ ABCD $ 中,对角线 $ AC $,$ AB = 10 $ cm,$ BD = 4\sqrt{5} $,点 $ P $ 沿 $ AB $ 方向匀速运动,速度为 1 cm/s,动点 $ Q $ 从点 $ A $ 出发,沿 $ AD $ 方向匀速运动,以 $ AP $,$ AQ $ 为邻边的平行四边形 $ APMQ $ 的边 $ PM $ 与 $ AC $ 交于点 $ E $.设运动时间为 $ t $(单位:s)($ 0 < t \leq 5 $),解答下列问题:
(1) 当点 $ M $ 在 $ BD $ 上时,求 $ t $ 的值;
(2) 连接 $ BE $,设 $ \triangle PEB $ 的面积为 $ S $(单位:cm²),求 $ S $ 与 $ t $ 的函数关系式和 $ S $ 的最大值;
(3) 是否存在某一时刻 $ t $,使点 $ B $ 在 $ \angle PEC $ 的平分线上?若存在,求出 $ t $ 的值,并说明理由.
(1) 当点 $ M $ 在 $ BD $ 上时,求 $ t $ 的值;
(2) 连接 $ BE $,设 $ \triangle PEB $ 的面积为 $ S $(单位:cm²),求 $ S $ 与 $ t $ 的函数关系式和 $ S $ 的最大值;
(3) 是否存在某一时刻 $ t $,使点 $ B $ 在 $ \angle PEC $ 的平分线上?若存在,求出 $ t $ 的值,并说明理由.
答案
(1)5;(2)S=-2/5t²+4t,最大值10;(3)存在,t=10 - 5√5/2。
解析
(1) 设菱形对角线交于点O,AC⊥BD,BO=2√5,AO=4√5。由平行四边形APMQ,M坐标为(-4√5 + 4√5t/5, 0)。M在BD(x=0)上,得-4√5 + 4√5t/5=0,解得t=5。
(2) E为PM与AC交点,E(4√5(t-5)/5, 0)。P(-4√5 + 2√5t/5, √5t/5),B(0,2√5)。S=1/2|x_P(0-2√5)+x_E(2√5 - y_P)|=(-2/5)t²+4t。对称轴t=5,t=5时S_max=10。函数关系式S=-2/5t²+4t,最大值10。
(3) 点B到EC(y=0)距离为2√5,到EP距离相等。EP方程x+2y - x_E=0,B到EP距离|4√5 - x_E|/√5=2√5,|4√5 - x_E|=10。x_E=4√5(t-5)/5,解得t=10 - 5√5/2(另一解舍去)。存在t=10 - 5√5/2。
(2) E为PM与AC交点,E(4√5(t-5)/5, 0)。P(-4√5 + 2√5t/5, √5t/5),B(0,2√5)。S=1/2|x_P(0-2√5)+x_E(2√5 - y_P)|=(-2/5)t²+4t。对称轴t=5,t=5时S_max=10。函数关系式S=-2/5t²+4t,最大值10。
(3) 点B到EC(y=0)距离为2√5,到EP距离相等。EP方程x+2y - x_E=0,B到EP距离|4√5 - x_E|/√5=2√5,|4√5 - x_E|=10。x_E=4√5(t-5)/5,解得t=10 - 5√5/2(另一解舍去)。存在t=10 - 5√5/2。
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