解決直角三角形存在性問題的利器——圓周角

解決直角三角形存在性問題的利器——圓周角

如圖,在平面直角座標系中,矩形OABC的頂點B的座標為(4,2),D是OA的中點,OE⊥CD交BC於點E,點P從點O出發,以每秒2個單位長度的速度沿射線OE運動.

(1)求直線OE的解析式;

(2)設以C,P,D,B為頂點的凸四邊形的面積為S,點P的運動時間為t(單位:秒),求S關於t的函數解析式,並寫出自變量t的取值範圍;

(3)設點N為矩形的中心,則在點P運動過程中,是否存在點P,使以P,C,N為頂點的三角形是直角三角形?若存在,請直接寫出t的值及點P的座標;若不存在,請說明理由.

解決直角三角形存在性問題的利器——圓周角

解析:

(1)正比例函數,代入點E座標即可。由題目條件可知△COD為等腰直角三角形,OE⊥CD,可得△OCE也為等腰三角形,從而E為BC中點,座標不難求;

(2)點P在射線上運動,分成在線段OF上,線段FE上和剩餘射線上三種情況,不妨用鉛筆在圖上描畫一番,由於題目限定了是凸四邊形,所以當點P在線段FE上時,不符合要求,剩下兩段符合,如下圖所示:

解決直角三角形存在性問題的利器——圓周角

求四邊形面積時,通常將它分割成兩個三角形,恰好有一個△CBD面積始終為定值,當點P在線段OF上時,我們只需要關注△CDP,此時PF即為它的高,CD為底,PF=OF-OP=√2-2t,CD=2√2;

而當點P在剩餘射線上時,我們只需要關注△CBP,此時它的底為CB,高為PG,PG=PE÷√2=(OP-OE)÷√2=(2t-2√2)÷√2=√2t-2,如下圖所示:S與t的函數關係式請自行求解。

解決直角三角形存在性問題的利器——圓周角

(3)解決直角三角形的存在性問題,先確定哪個點為直角頂點,例如這裡點P、C、N均有可能,但是C和N是兩個定點,優先從它們開始討論


,若點C為直角頂點,那麼CN便為其一條直角邊,我們過點C作CN的垂線,就能得到這個直角三角形的另一條直角邊,可我們發現,這條垂線與直線OE的交點不在射線OE上,不符合要求,如下圖所示;

解決直角三角形存在性問題的利器——圓周角

若點N為直角頂點,我們過點N作CN的垂線,發現它與射線OE有一個交點,它就是我們找到的第一個符合條件的P點。下面我們來求t值和它的座標,利用解析法,先求直線AC的解析式,找到它的斜率,然後根據互相垂直的直線,斜率互為負倒數,得到直線PN的斜率,代入點N座標,即得PN解析式,再聯立OE和PN解析式,求出交點P座標,最後根據OP=2t求出t值,如下圖所示;


解決直角三角形存在性問題的利器——圓周角

若點P為直角頂點,意味著CN為斜邊,此時難點在於如何確定P在射線OE上的位置,至少要作出草圖,相比拿鉛筆在上面亂點一氣,不如靜下心來好好想想,怎麼準確地找到它。這時最有效的工具便是圓周角,如果以CN為直徑作圓,這個圓與射線OE有兩個交點,則這兩個交點一定是我們要找的P點,因為∠CPN是直徑所對的圓周角,如下圖:

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我們作圖後發現,有一個P點恰好與E點重合,這是正常的,而另一個交點位於線段OF上,是本題難點,利用平面內兩點距離公式,分別求出CP²、PN²,利用勾股定理列出一個關於t的一元二次方程,這個方程可用十字相乘法或配方法來解,兩根分別是無理數,請根據以上思路自行求解。


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