圖形與幾何問題一直是初中數學學習的重點和難點。在衆多幾何問題中,以圓為背景考查的試題則更具有綜合性。當圓與三角形、四邊形等圖形結合時還加入了圖形運動,衆多同學會感覺很困難,無從下手。下面結合例題對兩類動圓問題進行剖析。
一、看得見的圓在動,看不見的位置在變
例1.如圖,⊙O的半徑是5,點A是圓周上一定點,點B在⊙O上運動,且∠ABM=30°,AC⊥BM,垂足為點C,連接OC,則OC的最小值是( )
【解析】如圖,設BM交⊙O于T,連接OT,OA,過點O作OH⊥AT于H,連接CH.
∵∠B=30°,∴∠TOA=60°,
∵OT=OA,∴△OTA是等邊三角形,∴OT=OA=AT=5,
本題考查圓周角定理,等邊三角形的判定和性質,解直角三角形等知識,解題的關鍵是學會添加常用輔助線,構造特殊三角形解決問題,屬于中考選擇題中的壓軸題.
例2.如圖,圓心為M的量角器的直徑的兩個端點A,B分别在x軸,y軸正半軸上(包括原點O),AB=4.點P,Q分别在量角器60°,120°刻度線外端,連接MP.量角器從點A與點Q重合滑動至點Q與點O重合的過程中,線段MP掃過的面積為( )
【解析】:由題意可知,點M的運動軌迹是以O為圓心,2為半徑,圓心角為60°的扇形,點P在第四象限内時,∠AOB是弧AP所對的圓周角,所以∠AOP=30°,點P在第二象限内時,∠BOP是弧BP所對的圓周角,所以∠BOP=60°,所以點P的運動路徑是一條線段,
當量角器從點A與O重合滑動至點Q與點O重合時,MP掃過的圖形是如圖所示的陰影部分,它是由兩個邊長為2的等邊三角形與一個扇形組成,所以PM掃過的面積為:
本題考查了扇形的面積計算和等邊三角形的面積計算,正确分析出MP掃過的圖形并明确扇形的面積計算公式是解題的關鍵.
例3.如圖,⊙O的直徑AB=10,弦BC=2√5,點P是⊙O上的一動點(不與點A、B重合,且與點C分别位于直徑AB的異側),連接PA,PC,過點C作PC的垂線交PB的延長線于點D.
(1)求tan∠BPC的值;
(2)随着點P的運動,BD/AP的值是否會發生變化?若變化,請說明理由,若不變,則求出它的值;
(3)運動過程中,AP 2BP的最大值是多少?請你直接寫出它來.
【解答】:(1)連接AC,∵AB是⊙O的直徑,∴∠ACB=90°,
(2)BD/AP的值不會發生變化,理由如下:
∵∠PCD=∠ACB=90°,∴∠1 ∠PCB=∠2 ∠PCB,∴∠1=∠2,
∵∠3是圓内接四邊形APBC的一個外角,∴∠3=∠PAC,
本題是圓的綜合問題,解題的關鍵是掌握圓周角定理、相似三角形的判定與性質、圓内接四邊形的性質及三角函數的應用等知識點.
二、看不見的圓在動,看得見的形狀在變
例4.如圖①,在Rt△ABC中,∠C=90°,AC=3,BC=4.求作菱形DEFG,使點D在邊AC上,點E、F在邊AB上,點G在邊BC上.
小明的做法
1.如圖②,在邊AC上取一點D,過點D作DG∥AB交BC于點G.
2.以點D為圓心,DG長為半徑畫弧,交AB于點E.
3.在EB上截取EF=ED,連接FG,則四邊形DEFG為所求作的菱形.
(1)證明小明所作的四邊形DEFG是菱形.
(2)小明進一步探索,發現可作出的菱形的個數随着點D的位置變化而變化……請你繼續探索,直接寫出菱形的個數及對應的CD的長的取值範圍.
【解析】(1)證明:∵DE=DG,EF=DE,∴DG=EF,
∵DG∥EF,∴四邊形DEFG是平行四邊形,
∵DG=DE,∴四邊形DEFG是菱形.
(2)如圖1中,當四邊形DEFG是正方形時,設正方形的邊長為x.
本題考查相似三角形的判定和性質,菱形的判定和性質,作圖﹣複雜作圖等知識,解題的關鍵是學會尋找特殊位置解決問題,屬于中考常考題型,題目有一定難度.
解決動态問題一般步驟:
(1)用數量來刻畫運動過程。因為在不同的運動階段,同一個量的數學表達方式會發生變化,所以需要分類讨論。有時符合試題要求的情況不止一種,這時也需要分類讨論。
(2)畫出符合題意的示意圖。
(3)根據試題的已知條件或者要求列出算式、方程或者數量間的關系式。
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