答
问题1:过点D作DE⊥BC于点E,
∵梯形ABCD,AD∥BC,AB⊥BC
∴四边形ABED是矩形,
∴DE=AB=2,BE=AD=1,
∴CE=BC-BE=2,
∴DC=2,
∵四边形PCQD是平行四边形,
若对角线PQ、DC相等,则四边形PCQD是矩形,
设PB=x,则AP=2-x,
在Rt△DPC中,PD2+PC2=DC2,即x2+32+(2-x)2+1=8,
化简得x2-2x+3=0,
∵△=(-2)2-4×1×3=-8<0,
∴方程无解,
∴对角线PQ与DC不可能相等.
问题2:如图2,在平行四边形PCQD中,设对角线PQ与DC相交于点G,
则G是DC的中点,
过点Q作QH⊥BC,交BC的延长线于H,
∵AD∥BC,
∴∠ADC=∠DCH,即∠ADP+∠PDG=∠DCQ+∠QCH,
∵PD∥CQ,
∴∠PDC=∠DCQ,
∴∠ADP=∠QCH,
又∵PD=CQ,
∴Rt△ADP≌Rt△HCQ,
∴AD=HC,
∵AD=1,BC=3,
∴BH=4,
∴当PQ⊥AB时,PQ的长最小,即为4.
问题3:如图2′,设PQ与DC相交于点G,
∵PE∥CQ,PD=DE,
∴==,
∴G是DC上一定点,
作QH⊥BC,交BC的延长线于H,
同理可证∠ADP=∠QCH,
∴Rt△ADP∽Rt△HCQ,
即==,
∴CH=2,
∴BH=BC+CH=3+2=5,
∴当PQ⊥AB时,PQ的长最小,即为5.
问题4:如图3,设PQ与AB相交于点G,
∵PE∥BQ,AE=nPA,
∴==,
∴G是AB上一定点,
作QH∥CD,交CB的延长线于H,过点C作CK⊥CD,交QH的延长线于K,
∵AD∥BC,AB⊥BC,
∴∠D=∠QHC,∠DAP+∠PAG=∠QBH+∠QBG=90°,∠PAG=∠QBG,
∴∠QBH=∠PAD,
∴△ADP∽△BHQ,
∴==,
∵AD=1,
∴BH=n+1,
∴CH=BH+BC=3+n+1=n+4,
过点D作DM⊥BC于M,
则四边形ABMD是矩形,
∴BM=AD=1,DM=AB=2
∴CM=BC-BM=3-1=2=DM,
∴∠DCM=45°,
∴∠KCH=45°,
∴CK=CH•cos45°=(n+4),
∴当PQ⊥CD时,PQ的长最小,最小值为(n+4).
答案解析:问题1:四边形PCQD是平行四边形,若对角线PQ、DC相等,则四边形PCQD是矩形,然后利用矩形的性质,设PB=x,可得方程x2+32+(2-x)2+1=8,由判别式△<0,可知此方程无实数根,即对角线PQ,DC的长不可能相等;
问题2:在平行四边形PCQD中,设对角线PQ与DC相交于点G,可得G是DC的中点,过点Q作QH⊥BC,交BC的延长线于H,易证得Rt△ADP≌Rt△HCQ,即可求得BH=4,则可得当PQ⊥AB时,PQ的长最小,即为4;
问题3:设PQ与DC相交于点G,PE∥CQ,PD=DE,可得==,易证得Rt△ADP∽Rt△HCQ,继而求得BH的长,即可求得答案;
问题4:作QH∥CD,交CB的延长线于H,过点C作CK⊥CD,交QH的延长线于K,易证得==与△ADP∽△BHQ,又由∠DCB=45°,可得△CKH是等腰直角三角形,继而可求得CK的值,即可求得答案.
考试点:相似三角形的判定与性质;根的判别式;全等三角形的判定与性质;勾股定理;平行四边形的判定与性质.
知识点:此题考查了相似三角形的判定与性质、直角梯形的性质、平行四边形的性质、矩形的性质、勾股定理、一元二次方程根的判别式、全等三角形的判定与性质以及直角三角形的性质等知识.此题难度较大,注意准确作出辅助线是解此题的关键,注意数形结合思想与方程思想的应用.