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已知,在矩形ABCD中,E为BC边上一点,AE⊥DE,AB=12,BE=16,F...

已知,在矩形ABCD中,E为BC边上一点,AE⊥DE,AB=12,BE=16,F为线段BE上一点,EF=7,连接AF.如图1,现有一张硬质纸片△GMN,∠NGM=90°,NG=6,MG=8,斜边MN与边BC在同一直线上,点N与点E重合,点G在线段DE上.如图2,△GMN从图1的位置出发,以每秒1个单位的速度沿EB向点B匀速移动,同时点P从A点出发,以每秒1个单位的速度沿AD向点D匀速移动,点Q为直线GN与线段AE的交点,连接PQ.当点N到达终点B时,△GMN和点P同时停止运动.设运动时间为t秒,解答下列问题:
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(1)在整个运动过程中,当点G在线段AE上时,求t的值;
(2)在整个运动过程中,是否存在点P,使△APQ是等腰三角形?若存在,求出t的值;若不存在,说明理由;
(3)在整个运动过程中,设△GMN与△AEF重叠部分的面积为S.请直接写出S与t之间的函数关系式以及自变量t的取值范围.
(1)如答图1所示,证明QEMG为平行四边形,则运动路程QG=EM=10,t值可求; (2)△APQ是等腰三角形,分为三种情形,需要分类讨论,避免漏解.如答图2、答图3、答图4所示; (3)整个运动过程分为四个阶段,每个阶段重叠图形的形状各不相同,如答图5-答图8所示,分别求出其面积的表达式. 【解析】 (1)在Rt△GMN中,GN=6,GM=8,∴MN=10. 由题意,易知点G的运动线路平行于BC. 如答图1所示,过点G作BC的平行线,分别交AE、AF于点Q、R. ∵∠AED=∠EGM=90°,∴AE∥GM. ∴四边形QEMG为平行四边形, ∴QG=EM=10. ∴t==10秒. (2)存在符合条件的点P. 在Rt△ABE中,AB=12,BE=16,由勾股定理得:AE=20. 设∠AEB=θ,则sinθ=,cosθ=. ∵NE=t,∴QE=NE•cosθ=t,AQ=AE-QE=20-t. △APQ是等腰三角形,有三种可能的情形: ①AP=PQ.如答图2所示: 过点P作PK⊥AE于点K,则AK=AP•cosθ=t. ∵AQ=2AK,∴20-t=2×t, 解得:t=; ②AP=AQ.如答图3所示: 有t=20-t, 解得:t=; ③AQ=PQ.如答图4所示: 过点Q作QK⊥AP于点K,则AK=AQ•cosθ=(20-t)×=16-t. ∵AP=2AK,∴t=2(16-t), 解得:t=. 综上所述,当t=,或秒时,存在点P,使△APQ是等腰三角形. (3)如答图1所示,点N到达点F的时间为t=7; 由(1)知,点G到达点Q的时间为t=10; QE=10×=8,AQ=20-8=12, ∵GR∥BC,∴,即,∴QR=. ∴点G到达点R的时间为t=10+=; 点E到达终点B的时间为t=16. 则在△GMN运动的过程中: ①当0≤t<7时,如答图5所示: QE=NE•cosθ=t,QN=NE•sinθ=t, S=QE•QN=•t•t=t2; ②当7≤t<10时,如答图6所示: 设QN与AF交于点I, ∵tan∠INF==,tan∠IFN==, ∴∠INF=∠IFN,△INF为等腰三角形. 底边NF上的高h=NF•tan∠INF=×(t-7)×=(t-7). S△INF=NF•h=×(t-7)×(t-7)=(t-7)2, ∴S=S△QNE-S△INF=t2-(t-7)2=t2+t-; ③当10≤t<时,如答图7所示: 由②得:S△INF=(t-7)2, ∴S=S△GMN-S△INF=24-(t-7)2=-t2+t+; ④当<t≤16时,如答图8所示: FM=FE-ME=FE-(NE-MN)=17-t. 设GM与AF交于点I,过点I作IK⊥MN于点K. ∵tan∠IFK==,∴可设IK=4x,FK=3x,则FM=3x+17-t. ∵tan∠IMF===,解得:x=(17-t). ∴IK=4x=(17-t). ∴S=FM•IK=(t-17)2. 综上所述,S与t之间的函数关系式为: S=
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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