(1)
Pは x秒間で ABの距離~AB+BCの距離 の間を進んだことになる。
4a≦(1/3*a)*x≦(4a+3a) より 12a≦ax≦21a
a>0 より 12≦x≦21
Qは x秒間で AD+CDの距離~AD+CD+BCの距離 の間を進んだことになる。
(3a+4a)≦(2/3*a)*x≦(3a+4a+3a) より 21a≦2ax≦30a
a>0 より 10.5≦x≦15
よって両方を満たす 12≦x≦15 であれば、PQともにBC上にある。
(2)
Pは x秒間で 0~ABの距離 の間を進んだことになる。
0≦(1/3*a)*x≦4a より 0≦ax≦12a
a>0 より 0≦x≦12
点QがBC上にあるので (1)より 10.5≦x≦15
よって、両方を満たすのは 10.5≦x≦12 ①
BPの長さは 4a - (1/3*a)*x = a/3 * (12-x)
BQの長さは (3a+4a+3a) - (2/3*a)*x = 2a/3 * (15-x)
三角形 BPQは直角三角形なので
S = 1/2 * BP * BQ = 2a²/18 * (12-x)(15-x) = 4/9*a²
両辺に18を掛けて
2a²*(12-x)(15-x) = 8a²
(12-x)(15-x) = 4
x²-27x+176=0
(x-11)(x-16)=0 ①より 10.5≦x≦12 なので x=11