Question

李大爺有一個(gè)邊長(zhǎng)為a的正方形魚(yú)塘（圖1），魚(yú)塘四個(gè)角的頂點(diǎn)A、B、C、D上各有一棵大樹(shù)．現(xiàn)在李大爺想把原來(lái)的魚(yú)塘擴(kuò)建成一個(gè)圓形或正方形魚(yú)塘（原魚(yú)塘周?chē)�的面積足夠大），又不想把樹(shù)挖掉（四棵大樹(shù)要在新建魚(yú)塘的邊沿上）．
（1）若按圓形設(shè)計(jì)，利用（圖1）畫(huà)出你所設(shè)計(jì)的圓形魚(yú)塘示意圖，并求出網(wǎng)形魚(yú)塘的面積；
（2）若按正方形設(shè)計(jì)，利用（圖2）畫(huà)出你所設(shè)計(jì)的正方形魚(yú)塘示意圖；
（3）你在（2）所設(shè)計(jì)的正方形魚(yú)塘中，有無(wú)最大面積？為什么？
（4）李大爺想使新建魚(yú)塘面積最大，你認(rèn)為新建魚(yú)塘的最大面積是多少？

Answer 1

解：（1）如圖1所示，
AC==a，
∴S_⊙O=πa²；


（2）如圖2所示；

（3）有最大面積；
如圖2，由作圖知，Rt△ABH，Rt△BGC、Rt△CDF和Rt△AED為四個(gè)全等的三角形．因此，只要Rt△ABH的面積最大，就有正方形EFGH的面積最大．然而，Rt△ABH的斜邊AB=a為定值，所以，點(diǎn)E在以AB為直徑的半圓上，當(dāng)點(diǎn)E正好落在線段AB的中垂線上時(shí)，面積最大（斜邊為定值的直角三角形以等腰直角三角形面積最大），其最大面積為a²，從而得正方形EFGH的最大面積為4×a²+a²=2a²；

（4）由圖1可知，所設(shè)計(jì)的圓形魚(yú)塘的面積S_圓=πa²＜2a²，所以，我認(rèn)為李大爺新建魚(yú)塘的最大面積是2a²，它是一個(gè)正方形魚(yú)塘．
分析：（1）因?yàn)樗目么髽?shù)要在新建圓形魚(yú)塘的邊沿上，所以所求的圓是正方形的外接圓，利用90度的圓周角對(duì)的弦是直徑，連接AC，AC的中點(diǎn)即為圓的圓心，半徑是AC，利用勾股定理又可求出AC的長(zhǎng)，從而求出圓的面積；
（2）過(guò)A、C作兩條平行線HE、FG，過(guò)B、D作兩條平行線HG、EF，使它們的交角為直角即可；
（3）因?yàn)樾边厼槎ㄖ档闹苯侨�角形以等腰直角三角形面積最大，所以當(dāng)三角形AHB、AED、DFC、BGC都是等腰直角三角形時(shí)，魚(yú)塘面積最大，又因這些三角形的斜邊都為a，所以它們?nèi)�等，即A、B、C、D分別是正方形的四邊中點(diǎn)，此時(shí)正方形魚(yú)塘的對(duì)角線為2a，由此可求出最大的面積；
（4）比較圓形和正方形魚(yú)塘的最大面積即可解決問(wèn)題．
點(diǎn)評(píng)：本題一方面考查了學(xué)生的動(dòng)手操作能力，另一方面考查了學(xué)生的空間想象能力，重視知識(shí)的發(fā)生過(guò)程，讓學(xué)生體驗(yàn)學(xué)習(xí)的過(guò)程．