中考熱點:解題善作輔助圓,無緣亦能化有緣

2021-01-11 中學數學精準輔導

進入中考總複習後,一直都在思考一個問題,如何高效的複習?如何針對中考的特點選題複習?確保大眾學生熟練基本知識,基本技能,又讓優生能力有所提升,培優磨尖。如何把握這個度?

本文著重講解幾何解題中的隱圓問題。特別是動態背景下,如果能考慮或者發散到添加輔助圓,那麼題目的思路就寬了,解題明朗,所謂的捷徑就來了。實際考題,題目是一個無圓的背景狀態,也即學生常常疑惑的,圓都去哪兒了,所以必須先確定或者說具備的思維是如何找到隱圓。其實隱圓思維的真正聯想還是來自於圓的性質或定義。常見的有如下幾種情況:

類型1 利用旋轉的觀點,以旋轉中心為圓心,旋轉的線段長度為半徑構造出圓

例1.如圖,在矩形ABCD中,AB=4,AD=6,E是AB邊的中點,F是線段BC邊上的動點,將△EBF沿EF所在直線摺疊得到△EB′F,連接B′D,則B′D的最小值是______.

【分析】不管點F如何運動,點E是定點,B'繞點E旋轉,故可以畫出以E為圓心,EB'為半徑的隱圓,如圖所示點B′在以E為圓心EA為半徑的圓上運動,當D、B′、E共線時時,此時B′D的值最小,根據勾股定理求出DE,根據摺疊的性質可知B′E=BE=2,即可求出B′D.

【解答】如圖所示點B′在以E為圓心EA為半徑的圓上運動,當D、B′、E共線時時,此時B′D的值最小,

根據摺疊的性質,△EBF≌△EB′F,

∴EB′⊥B′F,∴EB′=EB,

∵E是AB邊的中點,AB=4,∴AE=EB′=2,

類型2 利用圓的定義,出現或具備定點和定長構造出圓

例2.在Rt△ABC中,∠ACB=90°,∠BAC=30°,BC=6.

(I)如圖①,將線段CA繞點C順時針旋轉30°,所得到與AB交於點M,則CM的長=______;

(II)如圖②,點D是邊AC上一點D且AD=2√3,將線段AD繞點A旋轉,得線段AD′,點F始終為BD′的中點,則將線段AD繞點A逆時針旋轉______ 度時,線段CF的長最大,最大值為_____.

【分析】(1)根據旋轉的性質及等腰三角形、等邊三角形的性質求解.

(2)取AB的中點E,連接EF、EC,EF是中位線,所以EF=1/2AD,因為EC+EF≥CF,所以CF最大值=EC+EF=6+√3,此題由中點及AB定長聯想到中位線,而中位線是定長,一定點,一動點,因此根據圓的定義構造隱圓,從而充分解題。當然也可以考慮三邊關係來求最值。

【解答】(Ⅰ)如下圖①所示:∵將線段CA繞點C順時針旋轉30°,

∴△AMC 為等腰三角形,AM=MC

∵∠BAC=30°,∴△MBC為等邊三角形,∴AM=MB=CM

又∵BC=6,∴AB=2BC=12,∴CM=6故答案為:6

(2)∵在Rt△ABC中,∠ACB=90°,∠BAC=30°,BC=6,∴AB=12,

類型3聯想直徑所對的圓周角是90°,以斜邊為直徑,中點為圓心構造圓例3.

例3.如圖,在矩形ABCD中,AB=8,BC=5,P是矩形內部一動點,且滿足∠PAB=∠PBC,則線段CP的最小值是_______.

【分析】可證明出∠APB為直角,聯想直徑所對的圓周角為90°,構造以AB為直徑的隱圓,將問題轉化成圓外一點到圓上動點的最值問題。或聯想弦切角等於所夾弧所對的圓周角模型,存在一隱藏的圓。

首先證明點P在以AB為直徑的⊙O上,連接OC與⊙O交於點P,此時PC最小,利用勾股定理求出OC即可解決問題.

【解答】∵∠ABC=90°,∴∠ABP+∠PBC=90°,

∵∠PAB=∠PBC,∴∠BAP+∠ABP=90°,∴∠APB=90°,

∴OP=OA=OB(直角三角形斜邊中線等於斜邊一半),

∴點P在以AB為直徑的⊙O上,連接OC交⊙O於點P,此時PC最小,

∵在矩形ABCD中,AB=8,BC=5,

在RT△BCO中,∵∠OBC=90°,BC=5,OB=4,

類型4 四點共圓,構造圓。

例4.如圖,在平面直角坐標系中,直線y=kx(k≠0)經過點(a,√3a)(a>0),線段BC的兩個端點分別在x軸與直線y=kx上(點B、C均與原點O不重合)滑動,且BC=2,分別作BP⊥x軸,CP⊥直線y=kx,交點為P.經探究,在整個滑動過程中,P、O兩點間的距離為定值______.

【分析】可先求得k的值,可得∠BOC=60°,再由條件可知O、B、P、C四點共圓,OP為直徑,設圓心為D,分別連接CD和BD,過D作DE⊥BC於點E,由垂徑定理可求得BE,用可知∠BDE=60°,在Rt△BDE中可求得BD的長,從而可求得直徑.

這是一個典型的兩90°對角組成的四邊形,易證點O、C、P、D四點共圓,所以構造過四點的隱圓(以OP為直徑),通過分析隱圓上的相關數量關係,結合正比例函數經過點的特殊性,與x軸夾角為60°,將PO的距離轉化為隱圓的直徑來求解。

【解答】∵直線y=kx(k≠0)經過點(a, a)(a>0),

∴√3a=ka,∴k=√3,∴∠BOC=60°,

又由題意可知∠PCO=∠PBO=90°,∴∠PCO+∠PBO=180°,

∴O、B、P、C四點共圓,OP為直徑,

如圖,設圓心為D,分別連接CD和BD,過D作DE⊥BC於點E,

則BE=1/2BC=1,∵∠BDC=2∠BOC=120°,∴∠BDE=60°,∴DE=1/2BD,

反思:四點共圓是隱圓問題的中常見類型,除了對角互補四點共圓模型外,還有如下的四點共圓模型。

類型5 藉助兩圓一線模型,構造圓計中垂線,判定等腰三角形存在性

例5.如圖1.已知正方形ABCD的邊長為1,點P是AD邊上的一個動點,點A關於直線BP的對稱點是點Q,連結PQ、DQ、CQ、BQ,設AP=x.

(1)BQ+DQ的最小值是______.此時x的值是______.

(2)如圖2,若PQ的延長線交CD邊於點E,並且∠CQD=90°.

①求證:點E是CD的中點;②求x的值.

(3)若點P是射線AD上的一個動點,請直接寫出當△CDQ為等腰三角形時x的值.

【解析】(1)BQ+DQ為點B到D兩段折線的和.由兩點間線段最短可知,連接DB,若Q點落在BD上,此時和最短,且為√2.考慮動點運動,這種情形是存在的,由AP=x,則PD=1﹣x,PQ=x.又PDQ=45°,所以PD=√2PQ,即1﹣x=√2 x.求解可得x=√2-1.

(2)由已知條件對稱分析,AB=BQ=BC,則∠BCQ=∠BQC,由∠BQE=∠BCE=90°,可得∠EQC=∠ECQ.那麼若有QE=ED,則結論可證.再分析新條件∠CQD=90°,易得①結論.求x,通常都是考慮勾股定理,選擇直角三角形PDE,發現PE,DE,PD都可用x來表示,進而易得方程,∴DE=QE=CE=1/2,∴PE=PQ+QE=x+1/2,∴(x+1/2) =(1-x) +(1/2) ,解得 x=1/3.

(3)聯想「兩圓一線「模型,若△CDQ為等腰三角形,則邊CD比為改等腰三角形的一腰或者底邊.又Q點為A點關於PB的對稱點,則AB=QB,以點B為圓心,以AB的長為半徑畫弧,則Q點只能在弧AB上.若CD為腰,以點C為圓心,以CD的長為半徑畫弧,兩弧交點即為使得△CDQ為等腰三角形(CD為腰)的Q點.若CD為底邊,則作CD的垂直平分線,其與弧AC的交點即為使得△CDQ為等腰三角形(CD為底)的Q點.則如圖所示共有三個Q點,那麼也共有3個P點.作輔助線,利用直角三角形性質求之即可.

(3)答:△CDQ為等腰三角形時x的值為2﹣√3,√3/3,2+√3.

【點評】本題第一問非常基礎,難度較低.第二問因為動點的原因,思路不易找到,這裡就需要做題時充分分析已知條件,尤其是新給出的條件.其中求邊長是勾股定理的重要應用,是很重要的考點.第三問是一個難度非常高的題目,可以利用尺規作圖的思想將滿足要求的點Q找全.另外求解各個P點也是考察三角函數及勾股定理的綜合應用,有著極高的難度.

牛刀小試

1.如圖,Rt△ABC中,AC⊥BC,AC=8,BC=12,P是△ABC內部的一個動點,且滿足∠PCA=∠PBC,則線段AP長的最小值為_____.

【解析】利用∠PCA=∠PBC得∠PBC+∠PCB=90°,則∠BPC=90°,根據圓周角定理的推論可判定點P在以BC為直角的⊙O上,連接OA交⊙O於P,此時PA的長最小,然後利用勾股定理計算出OA即可得到PA長的最小值.

故答案為4.

2.正方形ABCD的邊長為3,點E,F分別在射線DC,DA上運動,且DE=DF.連接BF,作EH⊥BF所在直線於點H,連接CH.

(1)如圖1,若點E是DC的中點,CH與AB之間的數量關係是_______;

(2)如圖2,當點E在DC邊上且不是DC的中點時,(1)中的結論是否成立?若成立給出證明;若不成立,說明理由;

(3)如圖3,當點E,F分別在射線DC,DA上運動時,連接DH,過點D作直線DH的垂線,交直線BF於點K,連接CK,請直接寫出線段CK長的最大值.

【解析】(1)首先根據全等三角形判定的方法,判斷出△ABF≌△CBE,即可判斷出∠1=∠2;然後根據EH⊥BF,∠BCE=90°,可得C、H兩點都在以BE為直徑的圓上,判斷出∠4=∠HBC,即可判斷出CH=BC,最後根據AB=BC,判斷出CH=AB即可.

(2)首先根據全等三角形判定的方法,判斷出△ABF≌△CBE,即可判斷出∠1=∠2;然後根據EH⊥BF,∠BCE=90°,可得C、H兩點都在以BE為直徑的圓上,判斷出∠4=∠HBC,即可判斷出CH=BC,最後根據AB=BC,判斷出CH=AB即可.

(3)首先根據三角形三邊的關係,可得CK<AC+AK,據此判斷出當C、A、K三點共線時,CK的長最大;

然後根據全等三角形判定的方法,判斷出△DFK≌△DEH,即可判斷出DK=DH,再根據全等三角形判定的方法,判斷出△DAK≌△DCH,即可判斷出AK=CH=AB;最後根據CK=AC+AK=AC+AB,求出線段CK長的最大值是多少即可.線段CK長的最大值是3√2+3.

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