Question

如圖①，在平面直角坐標(biāo)系中，已知△ABC是等邊三角形，點B的坐標(biāo)為（12，0），動點P在線段AB上從點A向點B以每秒個單位的速度運動，設(shè)運動時間為t秒．以點P為頂點，作等邊△PMN，點M，N在x軸上．
（1）當(dāng)t為何值時，點M與點O重合；
（2）求點P坐標(biāo)和等邊△PMN的邊長（用t的代數(shù)式表示）；
（3）如果取OB的中點D，以O(shè)D為邊在△AOB內(nèi)部作如圖②所示的矩形ODEF，點E在線段AB上．設(shè)等邊△PMN和矩形ODEF重疊部分的面積為S，請求出當(dāng)0≤t≤2秒時S與t的函數(shù)關(guān)系式，并求出S的最大值．

Answer 1

【答案】分析：（1）當(dāng)M，O重合時，△PON是等邊三角形，因此∠AMP=30°，OA=2AP，可根據(jù)OB的長和∠OAB的度數(shù)求出OA的長，即可求出AP的長，然后根據(jù)P點的速度即可求出t的值．
（2）可通過構(gòu)建直角三角形求解．過P分別作PQ⊥OA于點Q，PS⊥OB于點S．可在直角三角形APQ中，用AP的長和∠OQP的度數(shù)求出AQ的長，也就求出了OQ和PS的長，然后在直角三角形PSM中，可根據(jù)PS的長和∠PMN的度數(shù)求出等邊三角形PMN的邊長．
（3）本題要分兩種情況進(jìn)行討論：
①當(dāng)F點在PM右側(cè)時，即當(dāng)0≤t≤1時，重合部分是個直角梯形．
②當(dāng)PM和PN都與線段EF相交時，即當(dāng)1＜t≤2時，重合部分是個五邊形，設(shè)PM，PN與EF的交點分別為I，G，那么重合部分的面積可用梯形FGNO的面積-三角形FQI的面積來求得．
可根據(jù)上述兩種情況求出S，t的函數(shù)關(guān)系式．根據(jù)函數(shù)的性質(zhì)和自變量的取值范圍即可求得S的最大值及對應(yīng)的t的值．
解答：解：（1）點M與點O重合．
∵△ABC是等邊三角形，
∴∠ABO=30°，∠BAO=60°．
由OB=12，
∴AB=8，AO=4．
∵△PON是等邊三角形，
∴∠PON=60度．
∴∠AOP=30度．
∴AO=2AP，即4=2t，
解得t=2．
∴當(dāng)t=2時，點M與點O重合．

（2）如圖①，過P分別作PQ⊥OA于點Q，PS⊥OB于點S，
可求得AQ=AP=，PS=QO=OA-AQ=4-．
QP=AQcot30°=×=t．
∴點P坐標(biāo)為（，4-）．
在Rt△PMS中，sin60°=，
∴PM=（4-）÷=8-t．

（3）（Ⅰ）當(dāng)0≤t≤1時，見圖②．
設(shè)PN交EF于點G，則重疊部分為直角梯形FONG，
作GH⊥OB于點H．
∵∠GNH=60°，GH=2，
∴HN=2．
∵M(jìn)P=8-t，
∴BM=2MP=16-2t．
∴OM=BM-OB=16-2t-12=4-2t．
∴ON=MN-OM=8-t-（4-2t）=4+t．
∴FG=OH=ON-HN=4+t-2=2+t．
∴S=（2+t+4+t）×2=2t+6．
∵S隨t的增大而增大，
∴當(dāng)t=1時，S_最大=8．
（Ⅱ）當(dāng)1＜t≤2時，見圖③．
設(shè)PM交EF于點I，交FO于點Q，PN交EF于點G．
重疊部分為五邊形OQIGN．
OQ=4-2t，F(xiàn)Q=2-（4-2t）=2t-2，F(xiàn)I=FQ=2t-2．
∴三角形QFI的面積=（2t-2）（2t-2）=2（t²-2t+1）．
由（Ⅰ）可知梯形OFGN的面積=2t+6，
∴S=2t+6-2（t²-2t+1）=-2（t²-3t-2）．
∵-2＜0，
∴當(dāng)t=時，S有最大值，S_最大=．
綜上所述：當(dāng)0≤t≤1時，S=2t+6；當(dāng)1＜t≤2時，S=-2t²+6t+4；
∵＞8，
∴S的最大值是．
點評：本題考查了等邊三角形的性質(zhì)、直角三角形的性質(zhì)、圖形的面積求法、二次函數(shù)的應(yīng)用等知識點，及綜合應(yīng)用知識、解決問題的能力．