銳角三角函數是中學數學的重要内容之一,三角函數最本質的數學問題就是角與線段架起橋梁;而角是圓的主要元素之一.這樣三角函數與圓有了無縫的對接,也使得它們在中考試題中也有了完美的遇見.在一些數學題中,看似與圓毫無關系且用常規的解題方法卻不好甚至無法解決的問題,而通過題中的某些條件構造輔助圓,運用圓的知識進行解答,往往就會使題目簡單化,從而使難題迎刃而解.下面來探析如何巧用輔助圓妙解幾何題.
例1.如圖,∠XOY=45°,一把直角三角尺△ABC的兩個頂點A、B分别在OX,OY上移動,其中AB=10,則點O到頂點A的距離的最大值為 ,點O到AB的距離的最大值為_____ .
【分析】當∠ABO=90°時,點O到頂點A的距離的最大,則△ABC是等腰直角三角形,據此即可求解;點O到AB的距離的最大值=10的一半 腰長5的等腰直角三角形底邊上的高,依此列式計算即可求解.
【解答】如圖,作AD⊥OB于D.
∵在Rt△ADO和Rt△ABD中,∠ADO=∠ADB=90°,
AD=AO sin∠AOB=AB sin∠ABO,∠AOB=45°,
∴AB/ sin45° =AO/sin∠ABO,
∴當∠ABO=90°時,點O到頂點A的距離的最大.則OA=√2AB=10√2.
點O到AB的距離的最大值為5 5√2.故答案是:10√2,5 5√2.
【點評】本題主要考查了正弦定理與餘弦定理、等腰直角三角形的性質,正确确定點O到頂點A的距離的最大的條件是解題關鍵.
例2.如圖,在△ABC中,∠B=75°,∠C=45°,BC=6﹣2√3,點P是BC上一動點,PE⊥AB于E,PD⊥AC于D.無論P的位置如何變化,線段DE的最小值為______
【分析】當AP⊥BC時,線段DE的值最小,利用四點共圓的判定可得:A、E、P、D四點共圓,且直徑為AP,得出∠AED=∠C=45°,有一公共角,根據兩角對應相等兩三角形相似得△AED∽△ACB,則AE/AC=ED/BC,設AD=2x,表示出AE和AC的長,求出AE與AC的比,代入比例式中,可求出DE的值.
【解答】當AP⊥BC時,線段DE的值最小,
如圖1,∵PE⊥AB,PD⊥AC,∴∠AEP=∠ADP=90°,∴∠AEP ∠ADP=180°,
∴A、E、P、D四點共圓,且直徑為AP,
在Rt△PDC中,∠C=45°,∴△PDC是等腰直角三角形,∠APD=45°,
∴△APD也是等腰直角三角形,∴∠PAD=45°,
∴∠PED=∠PAD=45°,∴∠AED=45°,∴∠AED=∠C=45°,
∵∠EAD=∠CAB,∴△AED∽△ACB,∴AE/AC=ED/BC,
設AD=2x,則PD=DC=2x,AP=2√2x,
如圖2,取AP的中點O,連接EO,則AO=OE=OP=√2x,
∵∠EAP=∠BAC﹣∠PAD=60°﹣45°=15°,∴∠EOP=2∠EAO=30°,
【點評】本題考查了四點共圓的問題,四點共圓的判定方法有:①将四點連成一個四邊形,若對角互補,那麼這四點共圓.②連接對角線,若這個四邊形的一邊同側的兩個頂角相等,那麼這四點共圓;通過四點共圓可以利用同弧所對的圓周角得出角相等,從而證得三角形相似,得比例式,使問題得以解決.
例3. 已知直線y=3/4x b與x軸,y軸分别交于A,B兩點,點D在x軸正半軸,且OD=6,點C,M是線段OD的三等分點(點C在點M的左側)
(1)若直線AB經過點(4,6)
①求直線AB的解析式;
②求點M到直線AB的距離;
(2)若點Q在x軸上方的直線AB上,且∠CQD是銳角,試探究:在直線AB上是否存在符合條件的點Q,使得sin∠CQD=4/5?若存在,求出b的取值範圍;若不存在,請說明理由.
【分析】(1)①利用待定系數法即可求得直線AB的解析式;
②根據相似三角形對應邊成比例求得即可.
(2)作CE⊥CD,且CE=3,因為CD=4,根據勾股定理得出DE=5,所以sin∠CED=4/5,如果AB與x軸上方的優弧相交,交點為Q,根據同弧所對的圓周角相等,則∠CQD=∠CED,則sin∠CQD=4/5,當AB經過E點時,點E即為Q點,根據三角形相似求得OB的值為3/2,即可求得b的取值.
【解答】(1)①∵直線AB經過點(4,6),
∴6=3/4×4 b,則b=3,∴直線AB的解析式為y=3/4x 3.
②如圖1,設點M到直線AB的距離為MN,
由直線AB的解析式為y=3/4x 3可知A(﹣4,0),B(0,3),
∴OA=4,OB=3,AB=5,
∵OD=6,點C,M是線段OD的三等分點,∴AM=4 4=8,
∵∠BAO=∠MAN,∠AOB=∠ANM=90°,∴△AOB∽△ANM,
∴MN/OB=AM/AB,∴MN=AM··OB/AB=8×3/5=24/5.
(2)存在;在CD的垂直平分線上取點I(4,1.5)
以I為圓心,ID為半徑作圓,則⊙I必過點C,
在Rt△MID中,由勾股定理,得:ID=2.5,sin∠MID=MD/ID=4/5,
當直線AB與⊙I相切(切點在第一象限)時,直線AB上存在唯一一個符合條件的點Q(切點),使得sin∠CQD=4/5(∠CQD=∠MID),此時設CD的垂直平分線交直線AB于點N,
在直線y=3/4x b中,令y=0,則x=﹣4/3b,∴OA=4/3|b|,令x=0,則y=b,∴OB=|b|,由勾股定理,得:AB=5/3|b|.
∵∠QNI=ABO,∠IQN=∠AOB=90°,∴△IQN∽△AOB,
【點評】本題是一次函數的綜合題,考查了待定系數法的應用,三角形相似的判定和三角函數等,(2)作出直角三角形CDE和三角形的外接圓是解題的關鍵.根據題幹中條件畫出輔助圓,圓的性質:圓心必在線段CD的垂直平分線上是解答本題關鍵,可見輔助圓對題目的綜合分析起了很大的作用.其中需要特别注意的是,圓有兩個.
解題反思:在解答幾何問題時,如若發現運用常規方法不能解決問題或是解決過程比較繁瑣,此時可以通過仔細審題,挖掘題幹中與圓有聯系的條件(特别是線段與張角問題),從而做出輔助圓進行分析解題,這樣可使解題柳暗花明,另辟蹊徑,化難為易,令問題的解答耳目一新,這樣構建輔助圓的關鍵就是善于捕捉題幹的細節之處,要在平時的學習中勤總結,多揣摩,不難做到遇到類似情況可嘗試應用.
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