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數學圓的最值問題解題方法

生活 更新时间:2024-11-24 12:23:45

圓是數學中優美的圖形,具有豐富的性質。由于其圖形的對稱性和完美性,很多與圓有關的問題都可以運用圓的圖形性質,利用數形結合求解。

而圓中的最值問題綜合性較強,有一定難度,在中考為熱點難點題型,經常出現,下我們就來總結一下這類問題的一般解法。

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)1

​策略一:利用直徑是圓中最大的弦

1.(2020秋•東台市期中)如圖,AB是⊙O的一條弦,點C是⊙O上一動點,且∠ACB=30°,點E、F分别是AC、BC的中點,直線EF與⊙O交于G、H兩點,若⊙O的半徑為8,則GE FH的最大值為(  )

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)2

A.8 B.12 C.16 D.20

【解答】:連接OA、OB,如圖所示:

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)3

∵∠ACB=30°,∴∠AOB=2∠ACB=60°,

∵OA=OB,∴△AOB為等邊三角形,

∵⊙O的半徑為8,∴AB=OA=OB=8,

∵點E,F分别是AC、BC的中點,∴EF=1/2AB=4,

要求GE FH的最大值,即求GE FH EF(弦GH)的最大值,

∵當弦GH是圓的直徑時,它的最大值為:8×2=16,

∴GE FH的最大值為:16﹣4=12.

故選:B.

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)4

​策略二:過圓内一點的弦中,與過該點的直徑垂直的弦最短.

2.(2020秋•沭陽縣期中)如圖,在平面直角坐标系xOy中,以原點O為圓心的圓過點A(13,0),直線y=kx﹣3k 4(k≠0)與⊙O交于B、C兩點,則弦BC的長的最小值為_______.

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)5

【解析】:連接OB,

∵直線y=kx﹣3k 4必過點D(3,4),

∴最短的弦CB是過點D且與該圓直徑垂直的弦,

∵點D的坐标是(3,4),

∴OD=​​=5,

∵以原點O為圓心的圓過點A(13,0),

∴圓的半徑為13,∴OB=13,

∴BD=​​=12,

∴BC=2BD=24,

∴BC的長的最小值為24;

故答案為:24.

策略三:弓形上的點到弦的距離中,最大距離是該弧的中點到弦的距離(或者過圈心的一條垂線段).

3.(2011•南昌中考題)如圖,已知⊙O的半徑為2,弦BC的長為2√3,點A為弦BC所對優弧上任意一點(B,C兩點除外).

(1)求∠BAC的度數;

(2)求△ABC面積的最大值.

(參考數據:sin60°=√3/2,tan30°=√3/3.)

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)6

【解析】(1)連接OB、OC,作OE⊥BC于點E,由垂徑定理可得出BE=EC=√3,在Rt△OBE中利用銳角三角函數的定義及特殊角的三角函數值可求出∠BOE的度數,再由圓周角定理即可求解∠BAC=60°;

(2)因為△ABC的邊BC的長不變,所以當BC邊上的高最大時,△ABC的面積最大,此時點A落在優弧BC的中點處.

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)7

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)8

策略四:如圖,若點P不在OO上,射線OP交圓O于M,射線OP的反向延長線交OO于N,則點P到圓上各點中,PM的長最小,PN的長最大。

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)9

4.如圖,⊙O的直徑為4,C為⊙O上一個定點,∠ABC=30°,動點P從A點出發沿半圓弧AB向B點運動(點P與點C在直徑AB的異側),當P點到達B點時運動停止,在運動過程中,過點C作CP的垂線CD交PB的延長線于D點.

(1)在點P的運動過程中,線段CD長度的取值範圍為_____-.

(2)在點P的運動過程中,線段AD長度的最大值為______.

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)10

【解析】:(1)如圖1中,

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)11

∵AB是直徑,∠ABC=30°,AB=4

∴∠ACB=90°,∠A=∠P=60°,AC=2,

∵CD⊥PC,

∴∠PCD=90°,CD=PC•tan60°,

∵PC的最小值=AC=2,PC的最大值為直徑=4,

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)12

(2)如圖2中,

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)13

∵在Rt△PCD中,∠PCD=90°,∠P=60°,

∴∠PDC=30°,

∴點D在以BC為弦的⊙O′(紅弧線)上運動,

∴當A、O′、D共線時,AD的值最大.連接CO′、BO′.

∵∠BO′C=2∠CDB=60°,O′C=O′B,

∴△O′BC是等邊三角形,

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)14

策略五:如下圖,直線L與圓O相離,線段OP⊥L,垂足為P,交O0于點M,PO的延長線交圓O于點N,則圓O上各點到直線L的距離中,最小距離是PM的長,最大距離是PN的長.

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)15

5.在平面直角坐标系xOy中,已知點A(6,0),點B(0,6),動點C在以半徑為3的⊙O上,連接OC,過O點作OD⊥OC,OD與⊙O相交于點D(其中點C、O、D按逆時針方向排列),連接AB.

(1)當OC∥AB時,∠BOC的度數為_______;

(2)連接AC,BC,當點C在⊙O上運動到什麼位置時,△ABC的面積最大?并求出△ABC的面積的最大值.

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)16

【解析】(1)根據點A和點B坐标易得△OAB為等腰直角三角形,則∠OBA=45°,由于OC∥AB,所以當C點在y軸左側時,有∠BOC=∠OBA=45°;當C點在y軸右側時,有∠BOC=180°﹣∠OBA=135°;

(2)∵△OAB為等腰直角三角形,

∴AB=√2OA=6√2,

∴當點C到AB的距離最大時,△ABC的面積最大,

過O點作OE⊥AB于E,OE的反向延長線交⊙O于C,如圖,此時C點到AB的距離的最大值為CE的長,

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)17

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)18

策略六:直線L與半徑為r的圓相離,圓心O到直線L的距離為d,點P為直線L上任意一點,PA與圓O相切于點A,則PA的最小值是​,此時∠OPA最大.

6.​如圖,在Rt△AOB中,OA=OB=3√2,⊙O的半徑為1,點P是AB邊上的動點,過點P作⊙O的一條切線PQ(點Q為切點),則切線PQ的最小值為______.

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)19

【解析】:連接OP、OQ.

∵PQ是⊙O的切線,

∴OQ⊥PQ;

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)20

7.(2020秋•宜興市期末)如圖,在矩形ABCD中,CD是⊙O直徑,E是BC的中點,P是直線AE上任意一點,AB=4,BC=6,PM、PN相切于點M、N,當∠MPN最大時,PM的長為______.

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)21

【分析】先判斷出OP⊥AE時,∠MPN最大,判斷出△ABE≌△GCE,求出CG=4,再用勾股定理求出AE=5,再判斷出△ABE∽△GPO,求出OP,最後用勾股定理求解,即可得出結論.

【解答】:如圖1,∵四邊形ABCD是矩形,

∴CD=AB=4,

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)22

連接OP,OM,

∵PM,PN是⊙O的切線,

∴∠OPM=1/2∠MPN,

要∠MPN最大,則∠OPM最大,

∵PM是⊙O的切線,

∴∠OMP=90°,

在Rt△PMO中,OM=OD=1/2CD=2,

∴sin∠OPM=OM/OP=2/OP,

∴要∠OPM最大,則OP最短,

即OP⊥AE,

如圖2,延長DC交直線AE于G,

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)23

∵四邊形ABCD是矩形,

∴∠B=90°=∠ECG,AB∥CD,

∴∠BAE=∠G,

∵點E是BC的中點,

∴BE=1/2BC=3,

∴△ABE≌△GCE(AAS),

∴CG=AB=4,

∵CD是⊙O的直徑,

∴OC=1/2CD=2,

∴OG=OC CE=6,

在Rt△ABE中,AB=4,BE=3,

∴AE=5,

∵∠OPG=90°=∠B,∠G=∠BAE,

∴△ABE∽△GPO,

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)24

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)25

策略七:弦與弦心距的關系:弦心距越大,弦越小;弦心距越小,弦越大。

弓形的弦與所對的圓周角的關系:圓周角越大,所對的弦越大。

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)26

策略八:利用将軍飲馬模型

9.(2014•張家界中考題)如圖,AB、CD是半徑為5的⊙O的兩條弦,AB=8,CD=6,MN是直徑,AB⊥MN于點E,CD⊥MN于點F,P為EF上的任意一點,則PA PC的最小值為______.

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)27

【分析】A、B兩點關于MN對稱,因而PA PC=PB PC,即當B、C、P在一條直線上時,PA PC的最小,即BC的值就是PA PC的最小值

【解答】:連接OB,OC,作CH垂直AB于H.

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)28

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)29

數學圓的最值問題解題方法(盤點圓的最值問題求解策略)30

不難發現,中考考題考的不是難度,而是思維。知識是載體,素養是目标。通過如此專題複習課中,我們除了要求學生掌握基本知識、基本技能之外,還需要學生掌握基本的數學思想,積累活動經驗,因此我們需要一題多解、一題多變,并讓學生注意一些比較相似的題目的區别與聯系,避免就題講題,讓學生陷入題海戰術。

因此,需要教師在課堂中與學生一起進行總結。構建完整的知識體系,務必靈活地運用知識解決實際問題。把複習的重點知識與解題的方法進行總結提升,讓學生慢慢具備觸類旁通、上下貫通的能力。

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