2021年湖南嶽陽中考數學的幾何壓軸題,是一道關于旋轉變換的問題。這道題有三個小題,四個問題(也可以看作有五個問題)。雖然問題很多,但是這道題是所有中考數學解答題中,最具有規律性的。隻要解決了其中兩個問題,就可以通過舉一反三,融會貫通,把其它的問題全部解決了。它就像一個巨大的摩天輪一樣,隻要您不被轉暈,剩下的就隻有享受其中的樂趣了。
(1)如圖①,在△ABC中,∠ABC=130度,将△ABC繞點C逆時針旋轉50度,得到△A’B’C’,連接BB’,求∠A’B’B的大小;
(2)如圖②,在△ABC中,∠ABC=150度,AB=3,BC=5,将△ABC繞點C逆時針旋轉60度得到△A’B’C’,連接BB’,以A’為圓心,A’B’長為半徑作圓.
(I)猜想:直線BB’與⊙A’的位置關系,并證明你的結論;
(II)連接A’B,求線段A’B的長度;
(3)如圖③,在△ABC中,∠ABC=α(90度<α<180度),AB=m,BC=n,将△ABC繞點C逆時針旋轉2β角度(0度<2β<180度)得到△A’B’C’,連接A’B和BB’,以A’為圓心,A’B’長為半徑作圓. 問:角α與角β滿足什麼條件時,直線BB’與⊙A’相切,請說明理由,并求此條件下線段A’B的長度(結果用角α或角β的三角函數及字母m,n所組成的式子表示)
分析:五個問題中,有三個是與求證BB’與圓A的位置關系有關的,其中有兩個是相切的關系。也可以說,三個問題都是求角A'B'B的大小的。另外兩個都是求A'B的長度的。
解:(1)∵BC=B’C,∴∠BB’C=(180度-∠BCB’)/2=65度,
∵∠A’B’C=∠ABC=130度, ∴∠A’B’B=∠A’B’C-∠BB’C=65度.【在這裡,我們就可以想象到後面兩道小題中,隻要這個角是直角,BB’與圓A就會形成相切的位置關系。這就是“出題人引到門口,能不能要到飯就看自己的道行了”(潮汕的一句口語的意思“嬌到門樓,霸無碗暗”)】
(2)(I)BB’與⊙A相切,理由如下:
∵BC=B’C,∴∠BB’C=(180度-∠BCB’)/2=60度,
∵∠A’B’C=∠ABC=150度, ∴∠A’B’B=∠A’B’C-∠BB’C=90度.【瞧這過程,和第(1)小題的過程,幾乎一模一樣的,就是角度略有不同】
(II)由(I)知△BB’C是等邊三角形,BB’=BC=5,
又A’B’=AB=3,在Rt△A’B’B中,A’B=根号(AB^2 BB'^2)=根号34.【第(3)小題還會再求一次A'B的長,方法略有不同。】
(3)當角α與角β互補時,BB’與⊙A’相切. 理由如下:
∵BC=B’C,∴∠BB’C=(180度-∠BCB’)/2=90度-β,
∵∠A’B’C=∠ABC=α,∴∠A’B’B=∠A’B’C-∠BB’C=α β-90度.
當α β=180度,即角α與角β互補時,∠A’B’B=90度,∴BB’與⊙A’相切.【對比(1)和(2)(II),出題人你确定自己不是來送分的嗎?】
過C作CD⊥BB’于點D,則BB’=2B’D=2B’Csin∠BB’C=2ncosβ, 【這裡運用了等腰三角形BB'C的底邊BB'“三線合一”的性質。同時運用了三角函數公式:sin(90度-β)=cosβ,即正弦等于餘角的餘弦】
又A’B’=AB=m,在Rt△A’B’B中,A’B=根号(A’B'^2 BB‘^2)=根号(m^2 4n^2(cosβ)^2).
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