初三數學培優題,老師分享:動點運動軌跡的判定和計算弧長的方法

2021-01-13 陳老師初中數理化

關於弧長的計算是初三數學的重要知識點,也是數學中考的重要題型,本文就例題詳細解析這類題型的解題思路,希望能給初三學生的數學學習帶來幫助。例題

如圖,邊長為√2的正方形ABCD的頂點A,B在一個半徑為√2的圓上,頂點C,D在圓內,將正方形ABCD沿圓的內壁逆時針方向作無滑動的滾動,當點C第一次落在圓上時,求點C運動的路徑長。

1、正方形ABCD從原來的位置滾動到D點第一次落在圓上

在這個過程中,C點所作的運動軌跡為以A為圓心、AC為半徑的圓弧

設D點與圓的內壁的接觸點為D',連接OD'、OA、OB、AC、AC'

根據題目中的條件:圓的半徑為√2,則OA=OB=OD'=√2;

根據題目中的條件:正方形ABCD的邊長為√2,則AB=AD'=√2;

根據結論:OA=OB=OD'=√2,AB=AD'=√2,則OA=OB=AB,OA=AD'=OD';

根據等邊三角形的判定和結論:三邊相等的三角形為等邊三角形,OA=OB=AB,OA=AD'=OD',則△AD'O和△ABO均為等邊三角形;

根據等邊三角形的性質和結論:等邊三角形的每個角都為60°,△AD'O和△ABO均為等邊三角形,則∠OAD'=60°,∠OAB=60°;

根據結論:∠OAD'=60°,∠OAB=60°,∠BAD'=∠OAD'+∠OAB,則∠BAD'=120°;

根據正方形的性質和題目中的條件:正方形的四個角為直角,四邊形ABCD、四邊形ABCD'為正方形,則∠BAD=90°,∠B'AD'=90°;

根據題目中的條件和結論:∠BAD'=120°,∠BAD=90°,∠BAD'=∠BAD+∠DAD',則∠DAD'=∠BAD'-∠BAD=30°;

根據正方形的性質和結論:正方形的對角線平分一組對角,四邊形ABCD、四邊形ABCD'為正方形,AC、AC'為對角線,則∠CAD=∠BAD/2,∠C'AD'=∠B'AD'/2;

根據結論:∠BAD=90°,∠B'AD'=90°,∠CAD=∠BAD/2,∠C'AD'=∠B'AD'/2,則∠CAD=∠C'AD'=45°;

根據結論:∠C'AD'=45°,∠DAD'=30°,則∠C'AD=∠C'AD'-∠DAD'=15°;

根據結論:∠C'AD=15°,∠CAD=45°,則∠C'AC=∠CAD-∠C'AD=30°;

根據題目中的條件:正方形ABCD的邊長為√2,則AC=AC'=2;

根據弧長的計算公式和結論:L=n× π× r/180,n=∠C'AC=30,r=2,則弧CC'=π/3;

2、正方形ABCD從D點第一次落在圓上滾動到C點第一次落在圓上

在這個過程中,C點所作的運動軌跡為以D'為圓心、D'C'為半徑的圓弧

根據結論:∠DAD'=30°,∠C'D'C''=∠DAD',則∠C'D'C''=30°;

根據弧長的計算公式和結論:L=n'× π× r'/180,n'=∠C'D'C''=30,r'=√2,則弧C'C''=√2π/6;

根據結論:弧CC'=π/3,弧C'C''=√2π/6,則點C運動的路徑長=(2+√2)π/6。

結語

判定一個動點的運動軌跡是否是圓弧,必須尋找它運動軌跡中的固定圓心和半徑,如果確定是圓弧運動,則可以根據弧長的計算公式求得它的運動路徑長。只要認真審題,牢固掌握並靈活運用公式,就能輕鬆應對這類題型,為數學中考取得高分助力加油。

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