Question

如圖所示，P是△ABC邊AC上的動(dòng)點(diǎn)，以P為頂點(diǎn)作矩形PDEF，頂點(diǎn)D，E在邊BC上，頂點(diǎn)F在邊AB上；△ABC的底邊BC及BC上的高的長(zhǎng)分別為a，h，且是關(guān)于x的一元二次方程mx²+nx+k=0的兩個(gè)實(shí)數(shù)根，設(shè)過(guò)D，E，F(xiàn)三點(diǎn)的⊙O的面積為S_⊙O，矩形PDEF的面積為S_矩形PDEF．
（1）求證：以a+h為邊長(zhǎng)的正方形面積與以a、h為邊長(zhǎng)的矩形面積之比不小于4；
（2）求的最小值；
（3）當(dāng)的值最小時(shí)，過(guò)點(diǎn)A作BC的平行線交直線BP與Q，這時(shí)線段AQ的長(zhǎng)與m，n，k的取值是否有關(guān)？請(qǐng)說(shuō)明理由．

Answer 1

解：解法一：
（1）據(jù)題意，∵a+h=，ah=
∴所求正方形與矩形的面積之比：
=
∵n²-4mk≥0，∴n²≥4mk，由知m，k同號(hào)，
∴mk＞0
（說(shuō)明：此處未得出mk＞0只扣，不再影響下面評(píng)分）
∴
即正方形與矩形的面積之比不小于4．

（2）∵∠FED=90°，∴DF為⊙O的直徑．
∴⊙O的面積為：．
矩形PDEF的面積：S_矩形PDEF=EF•DE．
∴面積之比：，設(shè)．

=
=．
∵，∴，
∴，即f=1時(shí)（EF=DE），的最小值為

（3）當(dāng)的值最小時(shí)，這時(shí)矩形PDEF的四邊相等為正方形．
過(guò)B點(diǎn)過(guò)BM⊥AQ，M為垂足，BM交直線PF于N點(diǎn)，設(shè)FP=e，
∵BN∥FE，NF∥BE，∴BN=EF，∴BN=FP=e．
由BC∥MQ，得：BM=AG=h．
∵AQ∥BC，PF∥BC，∴AQ∥FP，
∴△FBP∽△ABQ．
（說(shuō)明：此處有多種相似關(guān)系可用，要同等分步驟評(píng)分）
∴=，
∴，∴AQ=h
∴
∴線段AQ的長(zhǎng)與m，n，k的取值有關(guān)．
（解題過(guò)程敘述基本清楚即可）

解法二：
（1）∵a，h為線段長(zhǎng)，即a，h都大于0，
∴ah＞0 （說(shuō)明：此處未得出ah＞0只扣，再不影響下面評(píng)分）
∵（a-h）²≥0，當(dāng)a=h時(shí)等號(hào)成立．
故，（a-h）²=（a+h）²-4ah≥0．
∴（a+h）²≥4ah，
∴≥4．（﹡）
這就證得≥4．（敘述基本明晰即可）
（2）設(shè)矩形PDEF的邊PD=x，DE=y，則⊙O的直徑為．
S_⊙O=，S_矩形PDEF=xy

=
=
由（1）（*）．
∴．
∴的最小值是

（3）當(dāng)的值最小時(shí)，
這時(shí)矩形PDEF的四邊相等為正方形．
∴EF=PF．作AG⊥BC，G為垂足．
∵△AGB∽△FEB，∴．
∵△AQB∽△FPB，，
∴=．
而EF=PF，∴AG=AQ=h，
∴AG=h=，
或者AG=h=
∴線段AQ的長(zhǎng)與m，n，k的取值有關(guān)．
（解題過(guò)程敘述基本清楚即可）
分析：（1）由根與系數(shù)的關(guān)系可得到a+h及ah的值，然后分別表示出正方形和矩形的面積，再根據(jù)根的判別式進(jìn)行判斷即可；
（2）過(guò)D、E、F三點(diǎn)的⊙O一定是以DF為直徑的圓，那么其面積為：（EF²+DE²）；而矩形PDEF的面積為：EF•DE；那么，可將看作一個(gè)整體，將兩個(gè)圖形的面積比轉(zhuǎn)化為完全平方式，進(jìn)而得出其最小值；
（3）過(guò)B作BM⊥AQ于M，交直線PF于N；易證得△FBP∽△ABQ，根據(jù)相似三角形的對(duì)應(yīng)線段成比例可得EP：AQ=BN：BM；而當(dāng)（2）的面積比最小時(shí)，EF=DE，此時(shí)BN=FP，即AQ=BM=h；h是已知方程的一個(gè)根，由此可判斷出AQ的長(zhǎng)是否與m、n、k的取值有關(guān)．
點(diǎn)評(píng)：此題主要考查了矩形的性質(zhì)、相似三角形的判定和性質(zhì)以及二次函數(shù)的應(yīng)用等知識(shí)，綜合性強(qiáng)，難度較大．