
如图,在平面直角坐标系中,矩形OABC的顶点B的坐标为(4,2),D是OA的中点,OE⊥CD交BC于点E,点P从点O出发,以每秒2个单位长度的速度沿射线OE运动.
(1)求直线OE的解析式;
(2)设以C,P,D,B为顶点的凸四边形的面积为S,点P的运动时间为t(单位:秒),求S关于t的函数解析式,并写出自变量t的取值范围;
(3)设点N为矩形的中心,则在点P运动过程中,是否存在点P,使以P,C,N为顶点的三角形是直角三角形?若存在,请直接写出t的值及点P的坐标;若不存在,请说明理由.

解析:
(1)正比例函数,代入点E坐标即可。由题目条件可知△COD为等腰直角三角形,OE⊥CD,可得△OCE也为等腰三角形,从而E为BC中点,坐标不难求;
(2)点P在射线上运动,分成在线段OF上,线段FE上和剩余射线上三种情况,不妨用铅笔在图上描画一番,由于题目限定了是凸四边形,所以当点P在线段FE上时,不符合要求,剩下两段符合,如下图所示:

求四边形面积时,通常将它分割成两个三角形,恰好有一个△CBD面积始终为定值,当点P在线段OF上时,我们只需要关注△CDP,此时PF即为它的高,CD为底,PF=OF-OP=√2-2t,CD=2√2;
而当点P在剩余射线上时,我们只需要关注△CBP,此时它的底为CB,高为PG,PG=PE÷√2=(OP-OE)÷√2=(2t-2√2)÷√2=√2t-2,如下图所示:S与t的函数关系式请自行求解。

(3)解决直角三角形的存在性问题,先确定哪个点为直角顶点,例如这里点P、C、N均有可能,但是C和N是两个定点,优先从它们开始讨论
,若点C为直角顶点,那么CN便为其一条直角边,我们过点C作CN的垂线,就能得到这个直角三角形的另一条直角边,可我们发现,这条垂线与直线OE的交点不在射线OE上,不符合要求,如下图所示;

若点N为直角顶点,我们过点N作CN的垂线,发现它与射线OE有一个交点,它就是我们找到的第一个符合条件的P点。下面我们来求t值和它的坐标,利用解析法,先求直线AC的解析式,找到它的斜率,然后根据互相垂直的直线,斜率互为负倒数,得到直线PN的斜率,代入点N坐标,即得PN解析式,再联立OE和PN解析式,求出交点P坐标,最后根据OP=2t求出t值,如下图所示;

若点P为直角顶点,意味着CN为斜边,此时难点在于如何确定P在射线OE上的位置,至少要作出草图,相比拿铅笔在上面乱点一气,不如静下心来好好想想,怎么准确地找到它。这时最有效的工具便是圆周角,如果以CN为直径作圆,这个圆与射线OE有两个交点,则这两个交点一定是我们要找的P点,因为∠CPN是直径所对的圆周角,如下图:

我们作图后发现,有一个P点恰好与E点重合,这是正常的,而另一个交点位于线段OF上,是本题难点,利用平面内两点距离公式,分别求出CP²、PN²,利用勾股定理列出一个关于t的一元二次方程,这个方程可用十字相乘法或配方法来解,两根分别是无理数,请根据以上思路自行求解。