每日一题:2020-07-27

每日一题: 2020-07-27

题目: 如图所示, 在同一平面上, 两块斜边相等的直角三角形Rt△ABCRt\triangle ABC 与Rt△ADCRt\triangle ADC 拼在
一起, 使斜边ACAC 完全重合, 且顶点B,DB,D 分别在ACAC 的两旁, ∠ABC=∠ADC=90∘\angle ABC=\angle ADC=90^{\circ},
∠CAD=30∘\angle CAD=30^{\circ}, AB=BC=4AB=BC=4 cm.
(1) 填空: $AD=\qquad $ (cm), DC=DC=\qquad (cm);
(2) 点M,NM,N 分别从AA 点, CC 点同时以每秒11 cm 的速度等速出发, 且分别在AD,CBAD,CB
上沿A→D,C→BA\rightarrow D,C\rightarrow B的方向运动, 当NN 点运动到BB 点时, M,NM,N 两点
同时停止运动, 连结MNMN, 求当M,NM,N 点运动了xx 秒时, 点NN 到ADAD 的距离(用含xx 的
式子表示);
(3) 在(2)的条件下, 取DCDC 中点PP, 连结MP,NPMP,NP, 设△PMN\triangle PMN 的面积为 ycm2y\text{cm}^2,
在整个运动过程中, △PMN\triangle PMN 的面积yy 存在最大值, 请求出这个最大值.
(参考数据: sin75∘=6+24,sin15∘=6−24\sin 75^{\circ}=\frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{4}, \sin 15^{\circ}=\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{4} )

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参考思路

(1) AD=26AD=2\sqrt{6} cm; DC=22DC=2\sqrt{2} cm.
(2) 如图所示, 过NN 作NF⊥CDNF\bot CD 于点FF, NH⊥ACNH\bot AC 于点HH, HE⊥ADHE\bot AD 于点EE, NENE 交AC于点GG.
显然Rt△NCHRt\triangle NCH 为等腰直角三角形, Rt△NHGRt\triangle NHG 与Rt△AHERt\triangle AHE 是
有一个角为30∘30^{\circ} 的直角三角形. 因为NC=xNC=x, 所以有:
NH=HC=22⋅x⇒HG=22⋅33x=66xNH=HC=\frac{\sqrt{2}}{2}\cdot x\Rightarrow HG=\frac{\sqrt{2}}{2}\cdot \frac{\sqrt{3}}{3}x=\frac{\sqrt{6}}{6}x, ∴HG=2GH=63x\therefore HG=2GH=\frac{\sqrt{6}}{3}x.
因此有: AG=AC−(HC+GH)=42−(66+22)xAG=AC-(HC+GH)=4\sqrt{2}-(\frac{\sqrt{6}}{6}+\frac{\sqrt{2}}{2})x
⇒GE=AG2=22−(6+3212)x\Rightarrow GE=\frac{AG}{2}=2\sqrt{2}-(\frac{\sqrt{6}+3\sqrt{2}}{12})x.
所以NE=NG+GE=63x+22−(6+3212)x=22+(6−24)xNE=NG+GE=\frac{\sqrt{6}}{3}x+2\sqrt{2}-(\frac{\sqrt{6}+3\sqrt{2}}{12})x=2\sqrt{2}+(\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{4})x.

(3) 由(2) 知CF=NE−CD=6−24xCF=NE-CD=\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{4}x,
所以NF=NC2−CF2=x2−(6−24)2x2=6+24xNF=\sqrt{NC^2-CF^2}=\sqrt{x^2-(\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{4})^2x^2}=\frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{4}x.
连结NDND. 所以有
\[
S_{\triangle PMN}=S_{\triangle MND}+S_{\triangle PDN}-S_{\triangle PMD}
\]
\[
S_{\triangle PMN}=\frac{1}{2}\cdot MD\cdot
NE=\frac{1}{2}(2\sqrt{6}-x)(2\sqrt{2}+(\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{4})x)=(2\sqrt{6}-x)(\sqrt{2}+(\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{8})x)
\]
\[
S_{\triangle PDM}=\frac{1}{2}\cdot PD\cdot NF=\frac{\sqrt{2}}{2}\cdot (\frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{4})x
\]
\[
S_{\triangle PDM}=\frac{1}{2}\cdot PD\cdot MD=\frac{\sqrt{2}}{2}\cdot (2\sqrt{6}-x)
\]
\[
y=\sqrt{2}(2\sqrt{6}-x)+(2\sqrt{6}-x)(\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{8})x+\frac{\sqrt{2}}{2}\cdot (\frac{\sqrt{6}+\sqrt{2}}{4})x-\frac{\sqrt{2}}{2}(2\sqrt{6}-x)
\]
化简合并得
\[
y=-\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{8}x^2+\frac{7-\sqrt{3}-2\sqrt{2}}{4}x+2\sqrt{3}
\]
此二次函数a=−6−28,b=7−3−224,c=23a=-\frac{\sqrt{6}-\sqrt{2}}{8}, b=\frac{7-\sqrt{3}-2\sqrt{2}}{4}, c=2\sqrt{3},
所以当x=−b2a=7−3−226−2x=-\frac{b}{2a}=\frac{7-\sqrt{3}-2\sqrt{2}}{\sqrt{6}-\sqrt{2}} 时取得最大值4ac−b24a=30+102−66−734(6−2)\frac{4ac-b^2}{4a}=\frac{30+10\sqrt{2}-6\sqrt{6}-7\sqrt{3}}{4(\sqrt{6}-\sqrt{2})},
分母有理得最大值为: 236+83+92−1616\frac{23\sqrt{6}+8\sqrt{3}+9\sqrt{2}-16}{16}

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