Question

如圖，以等邊△OAB的邊OB所在直線為x軸，點(diǎn)O為坐標(biāo)原點(diǎn)，使點(diǎn)A在第一象限建立平面直角坐標(biāo)系，其中△OAB邊長(zhǎng)為6個(gè)單位，點(diǎn)P從O點(diǎn)出發(fā)沿折線OAB向B點(diǎn)以3單位/秒的速度向B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)Q從O點(diǎn)出發(fā)以2單位/秒的速度沿折線OBA向A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，兩點(diǎn)同時(shí)出發(fā)，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t（單位：秒），當(dāng)兩點(diǎn)相遇時(shí)運(yùn)動(dòng)停止．

（1）點(diǎn)A坐標(biāo)為

 

，P、Q兩點(diǎn)相遇時(shí)交點(diǎn)的坐標(biāo)為

 

；
（2）當(dāng)t=2時(shí)，S_△OPQ=

 

；當(dāng)t=3時(shí)，S_△OPQ=

 

；
（3）設(shè)△OPQ的面積為S，試求S關(guān)于t的函數(shù)關(guān)系式；
（4）當(dāng)△OPQ的面積最大時(shí)，試求在y軸上能否找一點(diǎn)M，使得以M、P、Q為頂點(diǎn)的三角形是Rt△？若能找到請(qǐng)求出M點(diǎn)的坐標(biāo)，若不能找到請(qǐng)簡(jiǎn)單說(shuō)明理由．

Answer 1

分析：（1）過(guò)A作AC⊥x軸于C，通過(guò)解直角三角形，易求得A點(diǎn)坐標(biāo)；當(dāng)P、Q相交時(shí)，兩點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)的距離總和為△OAB的周長(zhǎng)，然后過(guò)交點(diǎn)作x軸的垂線，同上可求得此交點(diǎn)的坐標(biāo)．
（2）當(dāng)t=2時(shí)，P、A重合，Q在線段OB上，以O(shè)B為底、A點(diǎn)縱坐標(biāo)為高可求得△OPQ的面積；
當(dāng)t=3時(shí)，Q、B重合時(shí)，P在線段AB上，易得BP的長(zhǎng)，BP•sin60°即為△OPQ的高，底邊OB的長(zhǎng)為△OAB的邊長(zhǎng)，由此可得到△OPQ的面積．
（3）此題應(yīng)分三種情況討論：
①當(dāng)0≤t≤2時(shí)，點(diǎn)P在線段OA上，點(diǎn)Q在線段OB上，易求得OQ、OP的長(zhǎng)，以O(shè)Q為底，OP•sin60°為高即可得到S、t的函數(shù)關(guān)系式；
②當(dāng)2＜t≤3時(shí)，點(diǎn)P在線段AB上，點(diǎn)Q在線段OB上，解法同①；
③3＜t≤

18

5

時(shí)，點(diǎn)P、Q都在線段AB上，可由△OPB、△OQB的面積差得到△OPQ的面積，從而求得S、t的函數(shù)關(guān)系式．
（4）講過(guò)計(jì)算可知當(dāng)S最大時(shí)，P、A重合；然后分三種情況討論：
①以P為直角頂點(diǎn)，即PM⊥PQ，可過(guò)P作PC⊥x軸于C，過(guò)M作PC的垂線，通過(guò)Rt△PMN∽△QPC，求得PN、OM的長(zhǎng)，進(jìn)而可得到M點(diǎn)的坐標(biāo)；
②以Q為直角頂點(diǎn)，解法同①；
③取PQ的中點(diǎn)D，以D為圓心，PQ為直徑作圓，過(guò)P、D作y軸的垂線，設(shè)垂足為E、F；易求得PE、OQ的長(zhǎng)，根據(jù)梯形中位線定理即可求得DF的長(zhǎng)，然后同⊙D的半徑進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)⊙D的半徑要小于DF的長(zhǎng)，即⊙D與y軸相離，故此種情況不成立．

解答：解：（1）過(guò)A作AC⊥x軸于C，在Rt△OAC中，OA=6，∠AOC=60°，則OC=3，AC=3

3

，
由此可得A（3，3

3

）；
當(dāng)P、Q相遇時(shí)，3t+2t=18，即t=

18

5

；
此時(shí)P、Q都在線段AB上，且QB=2×

18

5

-6=

6

5

，同上可求得此交點(diǎn)坐標(biāo)為（

27

5

，

3

5

3

）；
故：A點(diǎn)坐標(biāo)為(3，3

3

)、交點(diǎn)坐標(biāo)為(

27

5

，

3

5

3

)．

（2）當(dāng)t=2時(shí)，P、A重合，S_△OPQ=

1

2

×4×3

3

=6

3

；
當(dāng)t=3時(shí)，Q、B重合，此時(shí)PB=12-3×3=3，△OPQ的高為：PB•sin60°=

3 3

2

，
∴S_△OPQ=

1

2

×6×

3 3

2

=

9

2

3

；
故當(dāng)t=2時(shí)，S_△OPQ=6

3

；當(dāng)t=3時(shí)，S_△OPQ=

9

2

3

．

（3）①當(dāng)0≤t≤2時(shí)，P在線段OA上，Q在線段OB上；
S=

1

2

OQ•OPsin60°=

1

2

×3t×2t×

3

2

=

3 3

2

t2；
②當(dāng)2＜t≤3時(shí)，P在線段AB上，Q在線段OB上；
設(shè)OQ邊上的高為h，

h

3 3

=

12-3t

6

，解得h=6

3

-

3 3

2

t，
S=

1

2

OQ•h=

1

2

×2t×（6

3

-

3 3

2

t）=-

3 3

2

t²+6

3

t；
③當(dāng)3＜t≤

18

5

時(shí)，P、Q都在線段AB上，
PQ=6-（3t-6）-（2t-6）=18-5t，
S=

1

2

×3

3

×（18-5t）=-

15

2

3

t+27

3

；
故：S=

3 3 2 t2  (0≤t≤2) - 3 3 2 t2+6 3 t (2＜t≤3) - 15 3 2 t+27 3 (3＜t≤ 18 5 )

．

（4）對(duì)（3）中的分段函數(shù)進(jìn)行計(jì)算后得知當(dāng)t=2，S有最大值，
此時(shí)P與A重合，OP=6，OQ=4，過(guò)P作PC⊥OB于C點(diǎn)，計(jì)算得OC=3，AC=3

3

，CQ=1，PQ=2

7

①如圖①，過(guò)P作PM⊥PQ交y軸于M點(diǎn)，過(guò)M作MN⊥AC于N，則MN=OC=3，易得Rt△PMN∽△QPC，
有

MN

PC

=

PN

CQ

即

3

3 3

=

PN

1

，得PN=

3

3

，MO=NC=

8

3

3

故M點(diǎn)坐標(biāo)為(0，

8

3

3

)．
②如圖②，過(guò)Q作MQ⊥PQ交y軸于M點(diǎn)，通過(guò)△MOQ∽△QCP，求得M坐標(biāo)為(0，-

4

9

3

)．
③如圖③，以PQ為直徑作⊙D，則⊙D半徑r為

7

，再過(guò)P作PE⊥y軸于E點(diǎn)，過(guò)D作DF⊥y軸于F點(diǎn)，
由梯形中位線求得DF=

7

2

，顯然r＜DF，故⊙D與y無(wú)交點(diǎn)，那么此時(shí)在y軸上無(wú)M點(diǎn)使得△MPQ為直角三角形．
綜上所述，滿足要求的M點(diǎn)(0，

8

3

3

)或(0，-

4

9

3

)．

點(diǎn)評(píng)：此題考查了等邊三角形的性質(zhì)、相似三角形的判定和性質(zhì)、圖形面積的求法以及二次函數(shù)最值的應(yīng)用、直角三角形的判定等知識(shí)，同時(shí)還涉及到分類(lèi)討論的數(shù)學(xué)思想，難度較大．