11根据以下素材,探索完成任务.
如何设计打印图纸方案
素材
如图,正方形ABCD是一张用于3D打印产品的示意图,它由三个区块(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)构成.已知AB=20,点E、F分别在BC、AB上,且BE=BF,设BE=x(0<x<20)

问题解决
任务1 确定关系
用含x的代数式表示:
区块Ⅰ的面积=
区块Ⅱ的面积=
区块Ⅲ的面积=
任务2 拟订方案
为了美观,拟将区块Ⅲ分割为甲、乙两个三角形区域,并要求区域乙是以DE为腰的等腰三角形,求所有方案中区域乙的面积或面积的函数表达式
如何设计打印图纸方案
素材
如图,正方形ABCD是一张用于3D打印产品的示意图,它由三个区块(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)构成.已知AB=20,点E、F分别在BC、AB上,且BE=BF,设BE=x(0<x<20)
问题解决
任务1 确定关系
用含x的代数式表示:
区块Ⅰ的面积=
$\dfrac{1}{2}x^2$
;区块Ⅱ的面积=
$-10x+200$
;区块Ⅲ的面积=
$-\dfrac{1}{2}x^2+10x+200$
;任务2 拟订方案
为了美观,拟将区块Ⅲ分割为甲、乙两个三角形区域,并要求区域乙是以DE为腰的等腰三角形,求所有方案中区域乙的面积或面积的函数表达式
答案
11.解:任务1:区块Ⅰ的面积$=\dfrac{1}{2}x^2$;
区块Ⅱ的面积$=\dfrac{1}{2}×20(20-x)=-10x+200$;
区块Ⅲ的面积$=20×20-\dfrac{1}{2}x^2-(-10x+200)=-\dfrac{1}{2}x^2+10x+200$.
故答案为$\dfrac{1}{2}x^2$,$-10x+200$,$-\dfrac{1}{2}x^2+10x+200$.
任务2:如图1,连接 $DF$,易证$△ ADF≌△ CDE$,
∴$ED=DF$,
∴$△ DEF$ 是等腰三角形,
∴区域乙的面积 $S_乙=-\dfrac{1}{2}x^2+10x+200-(-10x+200)=-\dfrac{1}{2}x^2+20x$,
∴区域乙的面积的函数表达式为$-\dfrac{1}{2}x^2+20x$.
如图 2,连接 $AE$,当 $AE=ED$ 时,$△ ABE≌△ DCE$,
∴区域乙的面积 $S_乙=\dfrac{1}{2}×20×20=200$.
综上,区域乙的面积 $S_乙=-\dfrac{1}{2}x^2+20x$ 或 $S_乙=200$.
解析
【分析】
任务1:先明确各区块形状,区块Ⅰ是直角边为x的等腰直角三角形,区块Ⅱ是直角边分别为20和(20-x)的直角三角形,分别用三角形面积公式计算两者面积;区块Ⅲ的面积用正方形总面积减去区块Ⅰ、Ⅱ的面积即可求得。
任务2:要得到以DE为腰的等腰三角形区域乙,需分两种情况讨论:①当DE=DF时,通过证明△ADF≌△CDE得到边相等,此时区域乙为△DEF,用区块Ⅲ面积减去区块Ⅱ面积计算;②当DE=AE时,通过全等证明得到E为BC中点,此时区域乙为△ADE,直接计算其面积即可。
【解析】
任务1
已知正方形ABCD边长$AB=20$,$BE=BF=x$,$∠ B=∠ C=90°$:
1. 区块Ⅰ是等腰直角$△ BEF$,面积为:
$S_Ⅰ=\frac{1}{2}× BE× BF=\frac{1}{2}x^2$
2. 区块Ⅱ是直角$△ DCE$,$EC=BC-BE=20-x$,面积为:
$S_Ⅱ=\frac{1}{2}× DC× EC=\frac{1}{2}×20×(20-x)=-10x+200$
3. 正方形总面积为$20×20=400$,区块Ⅲ面积为正方形面积减去区块Ⅰ、Ⅱ的面积:
$S_Ⅲ=400-\frac{1}{2}x^2-(-10x+200)=-\frac{1}{2}x^2+10x+200$
任务2
分两种情况讨论:
1. 如图1,连接$DF$:
在$△ ADF$和$△ CDE$中,$AD=CD=20$,$∠ A=∠ C=90°$,$AF=AB-BF=20-x$,$CE=BC-BE=20-x$,即$AF=CE$,故$△ ADF≌△ CDE(\mathrm{SAS})$,得$DE=DF$,$△ DEF$是以$DE$为腰的等腰三角形,符合要求。
此时区域乙面积:
$S_乙=S_Ⅲ-S_Ⅱ=(-\frac{1}{2}x^2+10x+200)-(-10x+200)=-\frac{1}{2}x^2+20x$
2. 如图2,连接$AE$,当$AE=DE$时:
在$\mathrm{Rt}△ ABE$和$\mathrm{Rt}△ DCE$中,$AB=DC=20$,$AE=DE$,故$△ ABE≌△ DCE(\mathrm{HL})$,得$BE=CE$,$△ ADE$是以$DE$为腰的等腰三角形,符合要求。
此时区域乙面积:
$S_乙=S_{△ ADE}=\frac{1}{2}× AD× AB=\frac{1}{2}×20×20=200$
【答案】
任务1:$\dfrac{1}{2}x^2$;$-10x+200$;$-\dfrac{1}{2}x^2+10x+200$
任务2:区域乙的面积为$S_乙=-\dfrac{1}{2}x^2+20x$或$S_乙=200$

【知识点】
列代数式;全等三角形的判定与性质;等腰三角形的性质
【点评】
本题结合几何图形的面积计算,考查了代数式表示和分类讨论思想,解题的关键是熟练掌握常见图形的面积公式,同时对等腰三角形“以DE为腰”的条件进行分类讨论,避免漏解。
【难度系数】
0.6
任务1:先明确各区块形状,区块Ⅰ是直角边为x的等腰直角三角形,区块Ⅱ是直角边分别为20和(20-x)的直角三角形,分别用三角形面积公式计算两者面积;区块Ⅲ的面积用正方形总面积减去区块Ⅰ、Ⅱ的面积即可求得。
任务2:要得到以DE为腰的等腰三角形区域乙,需分两种情况讨论:①当DE=DF时,通过证明△ADF≌△CDE得到边相等,此时区域乙为△DEF,用区块Ⅲ面积减去区块Ⅱ面积计算;②当DE=AE时,通过全等证明得到E为BC中点,此时区域乙为△ADE,直接计算其面积即可。
【解析】
任务1
已知正方形ABCD边长$AB=20$,$BE=BF=x$,$∠ B=∠ C=90°$:
1. 区块Ⅰ是等腰直角$△ BEF$,面积为:
$S_Ⅰ=\frac{1}{2}× BE× BF=\frac{1}{2}x^2$
2. 区块Ⅱ是直角$△ DCE$,$EC=BC-BE=20-x$,面积为:
$S_Ⅱ=\frac{1}{2}× DC× EC=\frac{1}{2}×20×(20-x)=-10x+200$
3. 正方形总面积为$20×20=400$,区块Ⅲ面积为正方形面积减去区块Ⅰ、Ⅱ的面积:
$S_Ⅲ=400-\frac{1}{2}x^2-(-10x+200)=-\frac{1}{2}x^2+10x+200$
任务2
分两种情况讨论:
1. 如图1,连接$DF$:
在$△ ADF$和$△ CDE$中,$AD=CD=20$,$∠ A=∠ C=90°$,$AF=AB-BF=20-x$,$CE=BC-BE=20-x$,即$AF=CE$,故$△ ADF≌△ CDE(\mathrm{SAS})$,得$DE=DF$,$△ DEF$是以$DE$为腰的等腰三角形,符合要求。
此时区域乙面积:
$S_乙=S_Ⅲ-S_Ⅱ=(-\frac{1}{2}x^2+10x+200)-(-10x+200)=-\frac{1}{2}x^2+20x$
2. 如图2,连接$AE$,当$AE=DE$时:
在$\mathrm{Rt}△ ABE$和$\mathrm{Rt}△ DCE$中,$AB=DC=20$,$AE=DE$,故$△ ABE≌△ DCE(\mathrm{HL})$,得$BE=CE$,$△ ADE$是以$DE$为腰的等腰三角形,符合要求。
此时区域乙面积:
$S_乙=S_{△ ADE}=\frac{1}{2}× AD× AB=\frac{1}{2}×20×20=200$
【答案】
任务1:$\dfrac{1}{2}x^2$;$-10x+200$;$-\dfrac{1}{2}x^2+10x+200$
任务2:区域乙的面积为$S_乙=-\dfrac{1}{2}x^2+20x$或$S_乙=200$
【知识点】
列代数式;全等三角形的判定与性质;等腰三角形的性质
【点评】
本题结合几何图形的面积计算,考查了代数式表示和分类讨论思想,解题的关键是熟练掌握常见图形的面积公式,同时对等腰三角形“以DE为腰”的条件进行分类讨论,避免漏解。
【难度系数】
0.6
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