(2013•南通)如圖,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=
3
,BC=3,△DEF是邊長(zhǎng)為a(a為小于3的常數(shù))的等邊三角形,將△DEF沿AC方向平移,使點(diǎn)D在線段AC上,DE∥AB,設(shè)△DEF與△ABC重疊部分的周長(zhǎng)為T.
(1)求證:點(diǎn)E到AC的距離為一個(gè)常數(shù);
(2)若AD=
1
4
,當(dāng)a=2時(shí),求T的值;
(3)若點(diǎn)D運(yùn)動(dòng)到AC的中點(diǎn)處,請(qǐng)用含a的代數(shù)式表示T.
分析:(1)解直角三角形,求得點(diǎn)E到AC的距離等于
3
2
a,這是一個(gè)定值;
(2)如答圖2所示,作輔助線,將四邊形MDEN分成一個(gè)等邊三角形和一個(gè)平行四邊形,求出其周長(zhǎng);
(3)可能存在三種情形,需要分類討論:
①若0<a≤
3
2
,△DEF在△ABC內(nèi)部,如答圖3所示;
②若
3
2
<a≤
3
,點(diǎn)E在△ABC內(nèi)部,點(diǎn)F在△ABC外部,在如答圖4所示;
③若
3
<a<3,點(diǎn)E、F均在△ABC外部,如答圖5所示.
解答:解:(1)由題意得:tanA=
BC
AC
=
3
3
=
3
,
∴∠A=60°.
∵DE∥AB,
∴∠CDE=∠A=60°.
如答圖1所示,過(guò)點(diǎn)E作EH⊥AC于點(diǎn)H,

則EH=DE•sin∠CDE=a•
3
2
=
3
2
a.
∴點(diǎn)E到AC的距離為一個(gè)常數(shù).

(2)若AD=
1
4
,當(dāng)a=2時(shí),如答圖2所示.

設(shè)AB與DF、EF分別交于點(diǎn)M、N.
∵△DEF為等邊三角形,∴∠MDE=60°,
由(1)知∠CDE=60°,
∴∠ADM=180°-∠MDE-∠CDE=60°,
又∵∠A=60°,
∴△ADM為等邊三角形,
∴DM=AD=
1
4

過(guò)點(diǎn)M作MG∥AC,交DE于點(diǎn)G,則∠DMG=∠ADM=60°,
∴△DMG為等邊三角形,
∴DG=MG=DM=
1
4

∴GE=DE-DG=2-
1
4
=
7
4

∵∠MGD=∠E=60°,∴MG∥NE,
又∵DE∥AB,
∴四邊形MGEN為平行四邊形.
∴NE=MG=
1
4
,MN=GE=
7
4

∴T=DE+DM+MN+NE=2+
1
4
+
7
4
+
1
4
=
17
4


(3)若點(diǎn)D運(yùn)動(dòng)到AC的中點(diǎn)處,分情況討論如下:
①若0<a≤
3
2
,△DEF在△ABC內(nèi)部,如答圖3所示:

∴T=3a;
②若
3
2
<a≤
3
,點(diǎn)E在△ABC內(nèi)部,點(diǎn)F在△ABC外部,在如答圖4所示:

設(shè)AB與DF、EF分別交于點(diǎn)M、N,過(guò)點(diǎn)M作MG∥AC交DE于點(diǎn)G.
與(2)同理,可知△ADM、△DMG均為等邊三角形,四邊形MGEN為平行四邊形.
∴DM=DG=NE=AD=
3
2
,MN=GE=DE-DG=a-
3
2
,
∴T=DE+DM+MN+NE=a+
3
2
+(a-
3
2
)+
3
2
=2a+
3
2

③若
3
<a<3,點(diǎn)E、F均在△ABC外部,如答圖5所示:

設(shè)AB與DF、EF分別交于點(diǎn)M、N,BC與DE、EF分別交于點(diǎn)P、Q.
在Rt△PCD中,CD=
3
2
,∠CDP=60°,∠DPC=30°,
∴PC=CD•tan60°=
3
2
×
3
=
3
2

∵∠EPQ=∠DPC=30°,∠E=60°,∴∠PQE=90°.
由(1)知,點(diǎn)E到AC的距離為
3
2
a,∴PQ=
3
2
a-
3
2

∴QE=PQ•tan30°=(
3
2
a-
3
2
)×
3
3
=
1
2
a-
3
2
,PE=2QE=a-
3

由②可知,四邊形MDEN的周長(zhǎng)為2a+
3
2

∴T=四邊形MDEN的周長(zhǎng)-PE-QE+PQ=(2a+
3
2
)-(a-
3
)-(
1
2
a-
3
2
)+(
3
2
a-
3
2
)=
3
+1
2
a+2
3
-
3
2

綜上所述,若點(diǎn)D運(yùn)動(dòng)到AC的中點(diǎn)處,T的關(guān)系式為:
T=
3a(0<a≤
3
2
)
2a+
3
2
(
3
2
<a≤
3
)
3
+1
2
a+2
3
-
3
2
(
3
<a<3)
點(diǎn)評(píng):本題考查了運(yùn)動(dòng)型綜合題,新穎之處在于所求是重疊部分的周長(zhǎng)而非面積.難點(diǎn)在于第(3)問(wèn),根據(jù)題意,可能的情形有三種,需要分類討論,避免漏解.
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