垂徑定理實際應用中,有一類問題,很多同學初學時覺得比較難,那就是輪船過橋問題,其實掌握解題方法後,可以發現,這類問題其實難度不大。輪船過橋問題的剖面圖可轉化為弓形圖,圓中弦與其所對的弧組成的圖形為弓形。解決弓形問題。首先找出弓形所在圓的圓心,然後根據垂徑定理得到的直角三角形,利用勾股定理求出圓的半徑。然後再通過垂徑定理,求出臨界狀态時的高度,與船的高度比較大小。如果臨界高度大于船高,輪船可以安全通過;如果臨界高度小于等于船高,輪船則不能安全通過。
例題1:如圖,有一座圓弧形拱橋,橋下水面寬度AB為12m,拱高CD為4m.(1)求拱橋的半徑;(2)有一艘寬5m的貨船,船艙頂部為長方形,并高出水面3.6m,求此貨船是否能順利通過拱橋?
分析:第一步找到圓心,AB是圓中的弦,圓心在線段AB的垂直平分線上,連接OA,構造直角三角形,通過勾股定理求出半徑。連接ON,OB,通過垂徑定理求出臨界狀态高度,與3.6比較大小。
此題考查了垂徑定理的應用,注意掌握輔助線的作法,注意數形結合思想與方程思想的應用。
例題2:如圖是一座跨河拱橋,橋拱是圓弧形,跨度AB為16米,拱高CD為4米.(1)求橋拱的半徑R.(2)若大雨過後,橋下水面上升到EF的位置,且EF的寬度為12米,求拱頂C到水面EF的高度.
分析:求圓的半徑,與例題1的方法類似。本題的第二問與例題不一樣,可以直接利用垂徑定理求解。
解:(1)如圖,設圓心為O.連接OA,OE.
在Rt△AOD中,∵AO^2=OD^2 AD^2,
∴R^2=64 (R-4)^2,解得R=10;
(2)在Rt△OEM中,∵OE^2=EM^2 OM^2,
∴100=36 OM^2,解得OM=8,
∴CM=8-6=2,即拱頂C 到水面EF的高度是2米.
例題3:如圖,某地有一座圓弧形拱橋,現在橋下的水面寬度AB=24m,拱頂到水面的距離CD=8m,有一艘寬10m,高6m的貨輪(橫截面可看成矩形)想要經過這座橋,它能順利通過嗎?
分析:假設弧AB所在圓的圓心為點O,連接OA,OM,OD,先由垂徑定理求出AD的長,設OA=r,則OD=r-CD,利用勾股定理求出r的值,進而可得出OD的長,在Rt△MOE中假設ME=5,利用勾股定理求出OE的長,進而得出DE的長與貨輪的高度相比較即可.
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