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在平面直角坐标系中,点O为原点,点A的坐标为(﹣6,0).如图1,正方形OBCD的顶点B在x轴的负半轴上,点C在第二象限.现将正方形OBCD绕点O顺时针旋转角α得到正方形OEFG. (1)如图2,若α=60°,OE=OA,求直线EF的函数表达式. (2)若α为锐角,tanα= ,当AE取得最小值时,求正方形OEFG的面积. (3)当正方形OEFG的顶点F落在y轴上时,直线AE与直线FG相交于点P,△OEP的其中两边之比能否为 :1?若能,求点P的坐标;若不能,试说明理由.

答案

解:(1)如图1

过点EEHOA于点HEFy轴的交点为M

OE=OAα=60°

∴△AEO为正三角形,

OH=3EH==3

E(﹣33).

∵∠AOM=90°

∴∠EOM=30°

RtEOM中,

cosEOM=

=

OM=4

M04).

设直线EF的函数表达式为y=kx+4

该直线过点E(﹣33),

3k+4=3

解得k=

所以,直线EF的函数表达式为y=x+4

2)如图2

射线OQOA的夹角为α α为锐角,tanα).

无论正方形边长为多少,绕点O旋转角α后得到正方

OEFG的顶点E在射线OQ上,

AEOQ时,线段AE的长最小.

RtAOE中,设AE=a,则OE=2a

a2+2a2=62,解得a1=a2=(舍去),

OE=2a=S正方形OEFG=OE2=

 

3)设正方形边长为m

当点F落在y轴正半轴时.

如图3

PF重合时,PEO是等腰直角三角形,有==

RtAOP中,APO=45°OP=OA=6

P1的坐标为(06).

在图3的基础上,

当减小正方形边长时,

P在边FG 上,OEP的其中两边之比不可能为1

当增加正方形边长时,存在=(图4)和=(图5)两种情况.

如图4

EFP是等腰直角三角形,

=

=

此时有APOF

RtAOE中,AOE=45°

OE=OA=6

PE=OE=12PA=PE+AE=18

P2的坐标为(﹣618).

如图5

PPRx轴于点R,延长PGx轴于点H.设PF=n

RtPOG中,PO2=PG2+OG2=m2+m+n2=2m2+2mn+n2

RtPEF中,PE2=PF2+EF2=m2+n2

=时,

PO2=2PE2

2m2+2mn+n2=2m2+n2),得n=2m

EOPH

∴△AOE∽△AHP

=

AH=4OA=24

OH=18

m=9

在等腰RtPRH中,PR=HR=PH=36

OR=RHOH=18

P3的坐标为(﹣1836).

当点F落在y轴负半轴时,

如图6

PA重合时,在RtPOG中,OP=OG

正方形OGFE中,OG=OE

OP=OE

P4的坐标为(﹣60).

在图6的基础上,当正方形边长减小时,OEP的其中

两边之比不可能为1;当正方形边长增加时,存在=(图7)这一种情况.

如图7,过PPRx轴于点R

PG=n

RtOPG中,PO2=PG2+OG2=n2+m2

RtPEF中,PE2=PF2+FE2=m+n 2+m2=2m2+2mn+n2

=时,

PE2=2PO2

2m2+2mn+n2=2n2+2m2

n=2m

由于NG=OG=m,则PN=NG=m

OEPN∴△AOE∽△ANP =1

AN=OA=6

在等腰RtONG中,ON=m

12=m

m=6

在等腰RtPRN中,RN=PR=6

P5的坐标为(﹣186).

所以,OEP的其中两边的比能为1,点P的坐标是:P106),P2(﹣618),

P3(﹣1836),P4(﹣60),P5(﹣186).


解析

正确解答该题的关键在于,根据题意分类讨论,灵活运用勾股定理进行计算.