因动点产生的等腰三角形问题
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动点产生的等腰三角形问题例1 2013年上海市虹口区中考模拟第25题如图1,在Rt△ABC中,∠A=90°,AB=6,AC=8,点D为边BC的中点,DE⊥BC 交边AC于点E,点P为射线AB上的一动点,点Q为边AC上的一动点,且∠PDQ=90°.(1)求ED、EC的长;(2)若BP=2,求CQ的长;(3)记线段PQ与线段DE的交点为F,若△PDF为等腰三角形,求BP的长.图1 备用图动感体验请打开几何画板文件名“13虹口25”,拖动点P在射线AB上运动,可以体验到,△PDM 与△QDN保持相似.观察△PDF,可以看到,P、F可以落在对边的垂直平分线上,不存在DF=DP的情况.请打开超级画板文件名“13虹口25”,拖动点P在射线AB上运动,可以体验到,△PDM 与△QDN保持相似.观察△PDF,可以看到,P、F可以落在对边的垂直平分线上,不存在DF=DP的情况.思路点拨1.第(2)题BP=2分两种情况.2.解第(2)题时,画准确的示意图有利于理解题意,观察线段之间的和差关系.3.第(3)题探求等腰三角形PDF时,根据相似三角形的传递性,转化为探求等腰三角形CDQ.满分解答(1)在Rt△ABC中,AB=6,AC=8,所以BC=10.在Rt△CDE中,CD=5,所以{ EMBED Equation.DSMT4|315tan544ED CD C=⋅∠=⨯=,.(2)如图2,过点D作DM⊥AB,DN⊥AC,垂足分别为M、N,那么DM、DN是△ABC的两条中位线,DM=4,DN=3.由∠PDQ=90°,∠MDN=90°,可得∠PDM=∠QDN.因此△PDM∽△QDN.所以.所以,.图2 图3 图4①如图3,当BP=2,P在BM上时,PM=1.此时.所以.②如图4,当BP=2,P在MB的延长线上时,PM=5.此时.所以.(3)如图5,如图2,在Rt△PDQ中,.在Rt△ABC中,.所以∠QPD=∠C.由∠PDQ=90°,∠CDE=90°,可得∠PDF=∠CDQ.因此△PDF∽△CDQ.当△PDF是等腰三角形时,△CDQ也是等腰三角形.①如图5,当CQ=CD=5时,QN=CQ-CN=5-4=1(如图3所示).此时.所以.②如图6,当QC=QD时,由,可得.所以QN=CN-CQ=(如图2所示).此时.所以.③不存在DP=DF的情况.这是因为∠DFP≥∠DQP>∠DPQ(如图5,图6所示).图5 图6考点伸展如图6,当△CDQ是等腰三角形时,根据等角的余角相等,可以得到△BDP也是等腰三角形,PB=PD.在△BDP中可以直接求解.例2 2012年扬州市中考第27题如图1,抛物线y=ax2+bx+c经过A(-1,0)、B(3, 0)、C(0 ,3)三点,直线l是抛物线的对称轴.(1)求抛物线的函数关系式;(2)设点P是直线l上的一个动点,当△P AC的周长最小时,求点P的坐标;(3)在直线l上是否存在点M,使△MAC为等腰三角形,若存在,直接写出所有符合条件的点M的坐标;若不存在,请说明理由.图1动感体验请打开几何画板文件名“12扬州27”,拖动点P在抛物线的对称轴上运动,可以体验到,当点P落在线段BC上时,P A+PC最小,△P AC的周长最小.拖动点M在抛物线的对称轴上运动,观察△MAC的三个顶点与对边的垂直平分线的位置关系,可以看到,点M有1次机会落在AC的垂直平分线上;点A有2次机会落在MC的垂直平分线上;点C有2次机会落在MA的垂直平分线上,但是有1次M、A、C三点共线.思路点拨1.第(2)题是典型的“牛喝水”问题,点P在线段BC上时△P AC的周长最小.2.第(3)题分三种情况列方程讨论等腰三角形的存在性.满分解答(1)因为抛物线与x轴交于A(-1,0)、B(3, 0)两点,设y=a(x+1)(x-3),代入点C(0 ,3),得-3a=3.解得a=-1.所以抛物线的函数关系式是y=-(x+1)(x-3)=-x2+2x+3.(2)如图2,抛物线的对称轴是直线x=1.当点P落在线段BC上时,P A+PC最小,△P AC的周长最小.设抛物线的对称轴与x轴的交点为H.由,BO=CO,得PH=BH=2.所以点P的坐标为(1, 2).图2 (3)点M的坐标为(1, 1)、(1,)、(1,)或(1,0).考点伸展第(3)题的解题过程是这样的:设点M的坐标为(1,m).在△MAC中,AC2=10,MC2=1+(m-3)2,MA2=4+m2.①如图3,当MA=MC时,MA2=MC2.解方程4+m2=1+(m-3)2,得m=1.此时点M的坐标为(1, 1).②如图4,当AM=AC时,AM2=AC2.解方程4+m2=10,得.此时点M的坐标为(1,)或(1,).③如图5,当CM=CA时,CM2=CA2.解方程1+(m-3)2=10,得m=0或6.当M(1, 6)时,M、A、C三点共线,所以此时符合条件的点M的坐标为(1,0).图3 图4 图5例3 2012年临沂市中考第26题如图1,点A在x轴上,OA=4,将线段OA绕点O顺时针旋转120°至OB的位置.(1)求点B的坐标;(2)求经过A、O、B的抛物线的解析式;(3)在此抛物线的对称轴上,是否存在点P,使得以点P、O、B为顶点的三角形是等腰三角形?若存在,求点P的坐标;若不存在,请说明理由.图1动感体验请打开几何画板文件名“12临沂26”,拖动点P在抛物线的对称轴上运动,可以体验到,⊙O和⊙B以及OB的垂直平分线与抛物线的对称轴有一个共同的交点,当点P运动到⊙O与对称轴的另一个交点时,B、O、P三点共线.请打开超级画板文件名“12临沂26”,拖动点P,发现存在点P,使得以点P、O、B 为顶点的三角形是等腰三角形思路点拨1.用代数法探求等腰三角形分三步:先分类,按腰相等分三种情况;再根据两点间的距离公式列方程;然后解方程并检验.2.本题中等腰三角形的角度特殊,三种情况的点P重合在一起.满分解答(1)如图2,过点B作BC⊥y轴,垂足为C.在Rt△OBC中,∠BOC=30°,OB=4,所以BC=2,.所以点B的坐标为.(2)因为抛物线与x轴交于O、A(4, 0),设抛物线的解析式为y=ax(x-4),代入点B,.解得.所以抛物线的解析式为.(3)抛物线的对称轴是直线x=2,设点P的坐标为(2, y).①当OP=OB=4时,OP2=16.所以4+y2=16.解得.当P在时,B、O、P三点共线(如图2).②当BP=BO=4时,BP2=16.所以.解得.③当PB=PO时,PB2=PO2.所以.解得.综合①、②、③,点P 的坐标为 EMBED Equation.DSMT4 ,如图2所示.图2 图3考点伸展如图3,在本题中,设抛物线的顶点为D ,那么△DOA 与△OAB 是两个相似的等腰三角形.由 EMBED Equation.DSMT4 ,得抛物线的顶点为 EMBED Equation.DSMT4 . 因此 EMBED Equation.DSMT4 .所以∠DOA =30°,∠ODA =120°.例4 2011年盐城市中考第28题如图1,已知一次函数y =-x +7与正比例函数 EMBED Equation.DSMT4 的图象交于点A ,且与x 轴交于点B . (1)求点A 和点B 的坐标;(2)过点A 作AC ⊥y 轴于点C ,过点B 作直线l //y轴.动点P 从点O 出发,以每秒1个单位长的速度,沿O—C —A 的路线向点A 运动;同时直线l 从点B 出发,以相同速度向左平移,在平移过程中,直线l 交x 轴于点R ,交线段BA 或线段AO 于点Q .当点P 到达点A 时,点P 和直线l 都停止运动.在运动过程中,设动点P 运动的时间为t 秒.①当t 为何值时,以A 、P 、R 为顶点的三角形的面积为8?②是否存在以A 、P 、Q 为顶点的三角形是等腰三角形?若存在,求t 的值;若不存在,请说明理由.图1动感体验请打开几何画板文件名“11盐城28”,拖动点R 由B 向O 运动,从图象中可以看到,△APR 的面积有一个时刻等于8.观察△APQ ,可以体验到,P 在OC 上时,只存在AP =AQ 的情况;P 在CA 上时,有三个时刻,△APQ 是等腰三角形.思路点拨1.把图1复制若干个,在每一个图形中解决一个问题.2.求△APR 的面积等于8,按照点P 的位置分两种情况讨论.事实上,P 在CA 上运动时,高是定值4,最大面积为6,因此不存在面积为8的可能.3.讨论等腰三角形APQ ,按照点P 的位置分两种情况讨论,点P 的每一种位置又要讨论三种情况.满分解答(1)解方程组 EMBED Equation.DSMT4得 EMBED Equation.DSMT4所以点A 的坐标是(3,4).令 EMBED Equation.DSMT4 ,得 EMBED Equation.DSMT4 .所以点B 的坐标是(7,0).(2)①如图2,当P 在OC 上运动时,0≤t <4.由 EMBED Equation.DSMT4 ,得 EMBED Equation.DSMT4.整理,得 EMBED Equation.DSMT4 .解得t =2或t =6(舍去).如图3,当P 在CA 上运动时,△APR 的最大面积为6.因此,当t =2时,以A 、P 、R 为顶点的三角形的面积为8.图2 图3 图4②我们先讨论P 在OC 上运动时的情形,0≤t <4.如图1,在△AOB 中,∠B =45°,∠AOB >45°,OB =7, EMBED Equation.DSMT4 ,所以OB >AB .因此∠OAB >∠AOB >∠B .如图4,点P 由O 向C 运动的过程中,OP =BR =RQ ,所以PQ //x 轴.因此∠AQP =45°保持不变,∠P AQ 越来越大,所以只存在∠APQ =∠AQP 的情况. 此时点A 在PQ 的垂直平分线上,OR =2CA =6.所以BR =1,t =1.我们再来讨论P 在CA 上运动时的情形,4≤t <7.在△APQ 中, EMBED Equation.DSMT4为定值, EMBED Equation.DSMT4, EMBED Equation.DSMT4.如图5,当AP =AQ 时,解方程 EMBED Equation.DSMT4,得 EMBEDEquation.DSMT4.如图6,当QP =QA 时,点Q 在P A 的垂直平分线上,AP =2(OR -OP ).解方程 EMBED Equation.DSMT4 ,得 EMBED Equation.DSMT4 .如7,当P A =PQ 时,那么 EMBED Equation.DSMT4.因此 EMBEDEquation.DSMT4 .解方程 EMBED Equation.DSMT4,得 EMBEDEquation.DSMT4.综上所述,t =1或 EMBED Equation.DSMT4或5或 EMBED Equation.DSMT4时,△APQ 是等腰三角形.图5 图6 图7考点伸展当P 在CA 上,QP =QA 时,也可以用 EMBED Equation.DSMT4 来求解.例5 2010年南通市中考第27题如图1,在矩形ABCD 中,AB =m (m 是大于0的常数),BC =8,E 为线段BC 上的动点(不与B 、C 重合).连结DE ,作EF ⊥DE ,EF 与射线BA 交于点F ,设CE =x ,BF =y .(1)求y 关于x 的函数关系式;(2)若m =8,求x 为何值时,y 的值最大,最大值是多少?(3)若 EMBED Equation.DSMT4,要使△DEF 为等腰三角形,m 的值应为多少?图1动感体验请打开几何画板文件名“10南通27”,拖动点E 在BC 上运动,观察y 随x 变化的函数图象,可以体验到,y 是x 的二次函数,抛物线的开口向下.对照图形和图象,可以看到,当E 是BC 的中点时,y 取得最大值.双击按钮“m =8”,拖动E 到BC 的中点,可以体验到,点F 是AB 的四等分点.拖动点A 可以改变m 的值,再拖动图象中标签为“y 随x ” 的点到射线y =x 上,从图形中可以看到,此时△DCE ≌△EBF .思路点拨1.证明△DCE ∽△EBF ,根据相似三角形的对应边成比例可以得到y 关于x 的函数关系式.2.第(2)题的本质是先代入,再配方求二次函数的最值.3.第(3)题头绪复杂,计算简单,分三段表达.一段是说理,如果△DEF 为等腰三角形,那么得到x =y ;一段是计算,化简消去m ,得到关于x 的一元二次方程,解出x 的值;第三段是把前两段结合,代入求出对应的m 的值.满分解答(1)因为∠EDC 与∠FEB 都是∠DEC 的余角,所以∠EDC =∠FEB .又因为∠C =∠B =90°,所以△DCE ∽△EBF .因此 EMBED Equation.DSMT4,即 EMBED Equation.DSMT4.整理,得y 关于x 的函数关系为 EMBED Equation.DSMT4 .(2)如图2,当m =8时, EMBED Equation.DSMT4.因此当x =4时,y 取得最大值为2.(3) 若 EMBED Equation.DSMT4 ,那么 EMBED Equation.DSMT4 .整理,得 EMBED Equation.DSMT4 .解得x =2或x =6.要使△DEF 为等腰三角形,只存在ED =EF 的情况.因为△DCE ∽△EBF ,所以CE =BF ,即x =y .将x =y =2代入 EMBED Equation.DSMT4,得m =6(如图3);将x =y =6代入 EMBED Equation.DSMT4,得m =2(如图4).图2 图3 图4考点伸展本题中蕴涵着一般性与特殊性的辩证关系,例如:由第(1)题得到 EMBED Equation.DSMT4 EMBED Equation.DSMT4,那么不论m 为何值,当x =4时,y 都取得最大值.对应的几何意义是,不论AB 边为多长,当E 是BC 的中点时,BF 都取得最大值.第(2)题m =8是第(1)题一般性结论的一个特殊性.再如,不论m 为小于8的任何值,△DEF 都可以成为等腰三角形,这是因为方程EMBED Equation.DSMT4总有一个根 EMBED Equation.DSMT4 的.第(3)题是这个一般性结论的一个特殊性.例 6 2009年江西省中考第25题如图1,在等腰梯形ABCD 中,AD //BC ,E 是AB 的中点,过点E 作EF //BC 交CD 于点F ,AB =4,BC =6,∠B =60°.(1)求点E 到BC 的距离;(2)点P 为线段EF 上的一个动点,过点P 作PM ⊥EF 交BC 于M ,过M 作MN //AB 交折线ADC 于N ,连结PN ,设EP =x .①当点N 在线段AD 上时(如图2),△PMN 的形状是否发生改变?若不变,求出△PMN 的周长;若改变,请说明理由;②当点N 在线段DC 上时(如图3),是否存在点P ,使△PMN 为等腰三角形?若存在,请求出所有满足条件的x 的值;若不存在,请说明理由.图1 图2 图3动感体验请打开几何画板文件名“09江西25”,拖动点P 在EF 上运动,可以体验到,当N 在AD 上时,△PMN 的形状不发生改变,四边形EGMP 是矩形,四边形BMQE 、四边形ABMN 是平行四边形,PH 与NM 互相平分.当N 在DC 上时,△PMN 的形状发生变化,但是△CMN 恒为等边三角形,分别双击按钮“PM =PN ”、“MP =M N ”和“NP =NM ”,可以显示△PMN 为等腰三角形.思路点拨1.先解读这个题目的背景图,等腰梯形ABCD 的中位线EF =4,这是x 的变化范围.平行线间的距离处处相等,AD 与EF 、EF 与BC 间的距离相等.2.当点N 在线段AD 上时,△PMN 中PM 和MN 的长保持不变是显然的,求证PN 的长是关键.图形中包含了许多的对边平行且相等,理顺线条的关系很重要.3.分三种情况讨论等腰三角形PMN ,三种情况各具特殊性,灵活运用几何性质解题. 满分解答(1)如图4,过点E 作EG ⊥BC 于G .在Rt △BEG 中, EMBED Equation.3,∠B =60°,所以 EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 .所以点E 到BC 的距离为 EMBED Equation.3 .(2)因为AD //EF //BC ,E 是AB 的中点,所以F 是D C 的中点.因此EF 是梯形ABCD 的中位线,EF =4.①如图4,当点N 在线段AD 上时,△PMN 的形状不是否发生改变.过点N 作NH ⊥EF 于H ,设PH 与NM 交于点Q .在矩形EGMP 中,EP =GM =x ,PM =EG = EMBED Equation.3 .在平行四边形BMQE 中,BM =EQ =1+x .所以BG =PQ =1.因为PM 与NH 平行且相等,所以PH 与NM 互相平分,PH =2PQ =2.在Rt △PNH 中,NH = EMBED Equation.3 ,PH =2,所以PN = EMBED Equation.3 .在平行四边形ABMN 中,MN =AB =4.因此△PMN 的周长为 EMBED Equation.3 + EMBED Equation.3 +4.图4 图5②当点N 在线段DC 上时,△CMN 恒为等边三角形.如图5,当PM =PN 时,△PMC 与△PNC 关于直线PC 对称,点P 在∠DCB 的平分线上. 在Rt △PCM 中,PM = EMBED Equation.3 ,∠PCM =30°,所以MC =3. 此时M 、P 分别为BC 、EF 的中点,x =2.如图6,当MP =MN 时,MP =MN =MC = EMBED Equation.3 ,x =GM =GC -MC =5- EMBED Equation.3 .如图7,当NP =NM 时,∠NMP =∠NPM =30°,所以∠PNM =120°.又因为∠FNM =120°,所以P 与F 重合.此时x =4.综上所述,当x =2或4或5- EMBED Equation.3 时,△PMN 为等腰三角形.图6 图7 图8考点伸展第(2)②题求等腰三角形PMN 可以这样解:如图8,以B 为原点,直线BC 为x 轴建立坐标系,设点M 的坐标为(m ,0),那么点P 的坐标为(m , EMBED Equation.3 ),MN =MC =6-m ,点N 的坐标为( EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3).由两点间的距离公式,得 EMBED Equation.3 .当PM =PN 时, EMBED Equation.3 ,解得 EMBED Equation.3 或 EMBED Equation.3 .此时 EMBED Equation.3 .当MP =MN 时, EMBED Equation.3 ,解得 EMBED Equation.3 ,此时 EMBED Equation.3 .当NP =NM 时, EMBED Equation.3 ,解得 EMBED Equation.3 ,此时 EMBED Equation.3 .。