巧用四點共圓尋找等量關係(2020年武漢第24題)

2021-01-08 愛數學做數學

巧用四點共圓尋找等量關係(2020年武漢第24題)

給你一個圓,在圓周上任意找四個點,容易之極;反過來,平面上任意四個點,是否在同一個圓上?就這比較麻煩了,我們的判斷方法有多種,可以從定義出發,如果這四個點到某個點的距離相等,或者說這四個點圍成的四邊形對角互補,那麼便能判斷四點共圓。

共圓的好處是引入了新的圖形——圓,於是在圓的相關性質加持下,解決問題就有了新的途徑。

題目

將拋物線C:y=(x-2)向下平移6個單位長度得到拋物線C1,再將拋物線C1向左平移2個單位長度得到拋物線C2.

(1)直接寫出拋物線C1,C2的解析式;

(2)如圖1,點A在拋物線C1對稱軸l右側上,點B在對稱軸l上,△OAB是以OB為斜邊的等腰直角三角形,求點A的坐標;

(3)如圖2,直線y=kx(k≠0,k為常數)與拋物線C2交於E,F兩點,M為線段EF的中點,直線y=-4x/k與拋物線C2交於G,H兩點,N為線段GH的中點,求證:直線MN經過一個定點.

解析:

(1)揪住頂點坐標再來看平移,是最簡單的方法,C1為y=(x-2)-6,C2為y=x-6;

(2)請注意「以OB為斜邊的直角三角形」,並聯想到直角三角形斜邊上的中線等於斜邊的一半,更進一步想到直角三角形一定存在一個外接圓,且圓心恰好就是斜邊中點。

有以上基礎,後面的問題便好解決了,如下圖:

當點A在x軸上方時,對於Rt△OBD和Rt△OBA,斜邊都是OB,於是它們的外接圓圓心都是OB中點,且直徑也是OB,因此A,B,O,D四點共圓,過點A作AK⊥x軸;

共圓的好處就是角度轉換可以利用圓周角相等了,∠AOB=∠ADB=45°,於是得到∠ADK=45°,發現△ADK也是等腰直角三角形,不妨設A(x,x-4x-2),則AK=DK=x-4x-2,OK=x,得方程x-2=x-4x-2,解得x=0或x=5,由於點A在對稱軸x=2右側,因此A(5,3);

當點A在x軸下方時,如下圖:

方法與前一種情況類似,只是在列方程的時候注意符號,x-2=-(x-4x-2),解得x=-1或x=4,由於點A在對稱軸x=2右側,因此A(4,-2);

(3)拋物線解析式已知,直線解析式中含參數k,因此基本思路是將點坐標用含k的代數式表示出來,然後表示出直線MN的解析式,根據解析式的特點判斷是否經過定點,如下圖:

首先聯立直線EF和拋物線C2,得出點E,F坐標,再利用中點公式得到點M坐標,類似的,得到點N坐標,再表示直線MN的解析式,推導如下:

從MN的解析式可以看出來,它經過定點(0,2).

解題反思

今年武漢地區受疫情影響嚴重,因此壓軸題難度比去年有所降低,但作為選拔性考試,依然需要一定思維突破,而第2小題的難點就是想到利用四點共圓,從而得到等腰直角三角形,再利用它尋找數量關係;第3小題考察了學生對中點公式的理解和韋達定理的使用,對於含參二次函數,大膽設元,仔細推導才能順利求解。

對於四點共圓,和我們通常所說的隱圓有異曲同工之妙,多數時候學生習慣於在全等和相似中找角的等量關係,而在圓中,則要習慣於看圓周角所對的弧,只有心中有圓,才能體會其中的妙處,這對平時課堂教學也提出更高要求,畢竟學生這些能力的培養,都要通過一節節紮實高效的數學課堂來實現。

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