23.综合与实践
问题提出
某兴趣小组在一次综合与实践活动中提出这样一个问题:将足够大的直角三角板PEF(∠P=90°,∠F=60°)的一个顶点放在正方形中心O处,并绕点O逆时针旋转,探究直角三角板PEF与正方形ABCD重叠部分的面积变化情况(已知正方形边长为2).
操作发现
(1)如图1,若将三角板的顶点P放在点O处,在旋转过程中,当OF与OB重合时,重叠部分的面积为
;当OF与BC垂直时,重叠部分的面积为
;一般地,若正方形面积为S,在旋转过程中,重叠部分的面积S
1与S的关系为
;
类比探究
(2)若将三角板的顶点F放在点O处,在旋转过程中,OE,OP分别与正方形的边相交于点M,N.
①如图2,当BM=CN时,试判断重叠部分△OMN的形状,并说明理由;
②如图3,当CM=CN时,求重叠部分四边形OMCN的面积(结果保留根号);
拓展应用
(3)若将任意一个锐角的顶点放在正方形中心O处,该锐角记为∠GOH(设∠GOH=α),将∠GOH绕点O逆时针旋转,在旋转过程中,∠GOH的两边与正方形ABCD的边所围成的图形的面积为S
2,请直接写出S
2的最小值与最大值(分别用含α的式子表示).
(参考数据:
sin15°=
,
cos15°=
,
tan15°=2-
√3
)