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直角坐標系中求解圓的動點問題是初三數學的難點,本文就例題詳細解析圓與四邊形相切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,點A(-10,0),B(-6,0),點C在y軸的正半軸上,∠CBO=45°,CD∥AB,∠CDA=90°,點P從點Q(-8,0)出發,沿x軸向左以每秒1個單位長度的速度勻速運動,運動時間為ts。
(1)求點C的坐標;
(2)當∠BCP=15°時,求t的值;
(3)以PC為直徑作圓,當該圓與四邊形ABCD的邊相切時,求t的值。
1、求點C的坐標
根據題目中的條件:點A(-10,0),B(-6,0),則OA=10,OB=6;
根據題目中的條件:∠COB=90°,∠CBO=45°,∠COB+∠CBO+∠BCO=180°,則∠BCO=45°;
根據結論:∠BCO=45°,∠CBO=45°,則∠BCO=∠CBO;
根據等角對等邊性質和結論:∠BCO=∠CBO,則OC=OB=6,即點C的坐標為(0,6)。
2、當∠BCP=15°時,求t的值
(1)點P在點B左側
根據題目中的條件和結論:∠BCO=45°,∠BCP=15°,∠BCP=∠BCO+∠PCO,則∠PCO=30°;
根據直角三角形的性質和結論:直角三角形中30°所對的直角邊為斜邊的一半,∠COB=90°,∠PCO=30°,則PC=2PO;
根據勾股定理和結論:∠COB=90°,PC=2PO,PC^2=PO^2+OC^2,OC=6,則4PO^2=PO^2+6^2,可求得PO=2√3;
根據題目中的條件:點Q(-8,0),則OQ=8;
根據結論:PO=2√3,OQ=8,則PQ=PO+OQ=8+2√3;
根據題目中的條件和結論:PQ=8+2√3,點P的運動速度v=1個單位長度/秒,則運動時間t=PQ/v=8+2√3。
(2)點P在點B右側
根據題目中的條件和結論:∠BCO=45°,∠BCP=15°,∠PCO=∠BCO+∠BCP,則∠PCO=60°;
根據題目中的條件和結論:∠COB=90°,∠PCO=60°,∠COB+∠PCO+∠CPO=180°,則∠CPO=30°;
根據直角三角形的性質和結論:直角三角形中30°所對的直角邊為斜邊的一半,∠COB=90°,OC=6,∠CPO=30°,則PC=2OC=12;
根據勾股定理和結論:∠COB=90°,PC^2=PO^2+OC^2,OC=6,PC=12,則PO=6√3;
根據結論:PO=6√3,OQ=8,則PQ=PO+OQ=8+6√3;
根據題目中的條件和結論:PQ=8+6√3,點P的運動速度v=1個單位長度/秒,則運動時間t=PQ/v=8+6√3。
所以,符合條件的t值為8+2√3或8+6√3。
3、以PC為直徑作圓,當該圓與四邊形ABCD的邊相切時,求t的值
(1)以PC為直徑的圓與四邊形ABCD的邊CD相切
根據切線的性質和題目中的條件:圓的切線垂直於過其切點的直徑,圓與四邊形ABCD的邊CD相切於點C,PC為直徑,則PC⊥CD,即∠DCP=90°;
根據平行線的性質和題目中的條件:兩直線平行,同旁內角互補,CD∥AB,則∠DCO+∠COB=180°,∠COB=90°,則∠DCO=90°;
根據結論:∠DCP=90°,∠DCO=90°,則點P與點O重合;
根據結論:OQ=8,點P與點O重合,則PQ=8;
根據題目中的條件和結論:PQ=8,點P的運動速度v=1個單位長度/秒,則運動時間t=PQ/v=8。
(2)以PC為直徑的圓與四邊形ABCD的邊BC相切
根據切線的性質和題目中的條件:圓的切線垂直於過其切點的直徑,圓與四邊形ABCD的邊BC相切於點C,PC為直徑,則PC⊥BC,即∠BCP=90°;
根據結論:∠BCP=90°,∠BCO=45°,∠PCO+∠BCO=∠BCP,則∠PCO=45°;
根據題目中的條件和結論:∠PCO=45°,∠POC=90°,∠PCO+∠POC+∠CPO=180°,則∠CPO=45°;
根據等角對等邊性質和結論:∠PCO=45°,∠CPO=45°,則OP=OC;
根據結論:OP=OC,OC=6,則OP=6;
根據結論:OQ=8,OP=6,則PQ=OQ-OP=2;
根據題目中的條件和結論:PQ=2,點P的運動速度v=1個單位長度/秒,則運動時間t=PQ/v=2。
(3)以PC為直徑的圓與四邊形ABCD的邊AD相切
設以PC為直徑的圓的圓心為E,與AD邊的切點為F,連接EF,延長線段FE,與CO交於點G
根據切線的性質和題目中的條件:圓的切線垂直於過其切點的直徑,圓與四邊形ABCD的邊AD相切於點F,FG為直徑,則FG⊥AD,即∠AFG=90°;
根據平行線的判定、題目中的條件和結論:同位角相等兩直線平行,∠AFG=∠CDA=90°,則CD∥FG;
根據平行線的性質和結論:兩直線平行同位角相等,CD∥FG,則∠FGO=∠DCO;
根據結論:∠DCO=90°,∠FGO=∠DCO,則∠FGO=90°,即FG⊥OC;
根據平行線的判定和結論:平行於同一直線的兩直線平行,CD∥FG,CD∥AB,則FG∥AB;
根據中位線的判定和結論:經過三角形一邊的中點且與另一邊平行的線段是三角形的中位線,FG∥AO,CE=PE,則CG=OG=OC/2;
根據結論:OC=6,CG=OC/2,則CG=3;
根據矩形的判定和結論:三個角為直角的四邊形為矩形,∠AFG=∠FGO=∠AOC=90°,則四邊形OAFG為矩形;
根據矩形的性質和結論:矩形的對邊相等,四邊形OAFG為矩形,則FG=OA;
根據結論:OA=10,FG=OA,則FG=10;
設以PC為直徑的圓的半徑為r
根據題目中的條件和結論:FG=10,EF=r,則EG=FG-EF=10-r;
根據勾股定理和結論:FG⊥OC,CE=r,CG=3,EG=10-r,CE^2=CG^2+EG^2,則r^2=3^2+(10-r)^2,可求得r=5.45;
根據結論:EG=10-r,r=5.45,則EG=4.55;
根據中位線性質和結論:三角形的中位線等於第三邊的一半,FG∥AO,CE=PE,CG=OG,則PO=2EG;
根據結論:EG=4.55,PO=2EG,則PO=9.1;
根據結論:PO=9.1,OQ=8,則PQ=PO+OQ=17.1;
根據題目中的條件和結論:PQ=17.1,點P的運動速度v=1個單位長度/秒,則運動時間t=PQ/v=17.1。
所以,符合條件的t值為2或8或17.1。
結語
解決本題的關鍵是分情況討論滿足條件的圓,根據圓與四邊形的邊長相切時邊與角的關係,再把線段長度與直角坐標系中點的坐標進行對應,就可以求解得到題目需要的值。