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。
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( )
A.8 B.12 C.16 D.20
【解答】:連接OA、OB,如圖所示:
∵∠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.
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_______.
【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.)
【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.
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。
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______.
【解析】:(1)如圖1中,
∵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,
(2)如圖2中,
∵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,
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.
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.
【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,
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______.
【解析】:連接OP、OQ.
∵PQ是⊙O的切線,
∴OQ⊥PQ;
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______.
【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,
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,
∵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,
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。
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______.
【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.
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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