图形与几何问题一直是初中数学学习的重点和难点。在众多几何问题中,以圆为背景考查的试题则更具有综合性。当圆与三角形、四边形等图形结合时还加入了图形运动,众多同学会感觉很困难,无从下手。下面结合例题对两类动圆问题进行剖析。
一、看得见的圆在动,看不见的位置在变
例1.如图,⊙O的半径是5,点A是圆周上一定点,点B在⊙O上运动,且∠ABM=30°,AC⊥BM,垂足为点C,连接OC,则OC的最小值是( )
【解析】如图,设BM交⊙O于T,连接OT,OA,过点O作OH⊥AT于H,连接CH.
∵∠B=30°,∴∠TOA=60°,
∵OT=OA,∴△OTA是等边三角形,∴OT=OA=AT=5,
本题考查圆周角定理,等边三角形的判定和性质,解直角三角形等知识,解题的关键是学会添加常用辅助线,构造特殊三角形解决问题,属于中考选择题中的压轴题.
例2.如图,圆心为M的量角器的直径的两个端点A,B分别在x轴,y轴正半轴上(包括原点O),AB=4.点P,Q分别在量角器60°,120°刻度线外端,连接MP.量角器从点A与点Q重合滑动至点Q与点O重合的过程中,线段MP扫过的面积为( )
【解析】:由题意可知,点M的运动轨迹是以O为圆心,2为半径,圆心角为60°的扇形,点P在第四象限内时,∠AOB是弧AP所对的圆周角,所以∠AOP=30°,点P在第二象限内时,∠BOP是弧BP所对的圆周角,所以∠BOP=60°,所以点P的运动路径是一条线段,
当量角器从点A与O重合滑动至点Q与点O重合时,MP扫过的图形是如图所示的阴影部分,它是由两个边长为2的等边三角形与一个扇形组成,所以PM扫过的面积为:
本题考查了扇形的面积计算和等边三角形的面积计算,正确分析出MP扫过的图形并明确扇形的面积计算公式是解题的关键.
例3.如图,⊙O的直径AB=10,弦BC=2√5,点P是⊙O上的一动点(不与点A、B重合,且与点C分别位于直径AB的异侧),连接PA,PC,过点C作PC的垂线交PB的延长线于点D.
(1)求tan∠BPC的值;
(2)随着点P的运动,BD/AP的值是否会发生变化?若变化,请说明理由,若不变,则求出它的值;
(3)运动过程中,AP 2BP的最大值是多少?请你直接写出它来.
【解答】:(1)连接AC,∵AB是⊙O的直径,∴∠ACB=90°,
(2)BD/AP的值不会发生变化,理由如下:
∵∠PCD=∠ACB=90°,∴∠1 ∠PCB=∠2 ∠PCB,∴∠1=∠2,
∵∠3是圆内接四边形APBC的一个外角,∴∠3=∠PAC,
本题是圆的综合问题,解题的关键是掌握圆周角定理、相似三角形的判定与性质、圆内接四边形的性质及三角函数的应用等知识点.
二、看不见的圆在动,看得见的形状在变
例4.如图①,在Rt△ABC中,∠C=90°,AC=3,BC=4.求作菱形DEFG,使点D在边AC上,点E、F在边AB上,点G在边BC上.
小明的做法
1.如图②,在边AC上取一点D,过点D作DG∥AB交BC于点G.
2.以点D为圆心,DG长为半径画弧,交AB于点E.
3.在EB上截取EF=ED,连接FG,则四边形DEFG为所求作的菱形.
(1)证明小明所作的四边形DEFG是菱形.
(2)小明进一步探索,发现可作出的菱形的个数随着点D的位置变化而变化……请你继续探索,直接写出菱形的个数及对应的CD的长的取值范围.
【解析】(1)证明:∵DE=DG,EF=DE,∴DG=EF,
∵DG∥EF,∴四边形DEFG是平行四边形,
∵DG=DE,∴四边形DEFG是菱形.
(2)如图1中,当四边形DEFG是正方形时,设正方形的边长为x.
本题考查相似三角形的判定和性质,菱形的判定和性质,作图﹣复杂作图等知识,解题的关键是学会寻找特殊位置解决问题,属于中考常考题型,题目有一定难度.
解决动态问题一般步骤:
(1)用数量来刻画运动过程。因为在不同的运动阶段,同一个量的数学表达方式会发生变化,所以需要分类讨论。有时符合试题要求的情况不止一种,这时也需要分类讨论。
(2)画出符合题意的示意图。
(3)根据试题的已知条件或者要求列出算式、方程或者数量间的关系式。