定點(diǎn)定長(zhǎng)走圓周,定線定角跑雙弧。
三點(diǎn)必有外接圓,對(duì)角互補(bǔ)也共圓。
有“圓”千里來(lái)相會(huì),
無(wú)“圓”對(duì)面不相逢。
“圓”出“緣”生關(guān)系現(xiàn),
“圓”成“緣”通真相明。
圓是宇宙中最奇妙最完美的圖形,大到星球、星系,小到細(xì)胞、原子,到處有它曼妙的身影。圓具有最美妙的對(duì)稱性,圓中的相關(guān)元素會(huì)產(chǎn)生豐富的數(shù)量關(guān)系,可以幫助我們尋找各種聯(lián)系。在數(shù)學(xué)問(wèn)題中,如果你能慧眼識(shí)圖,找出其中隱藏的輔助圓,則必事半而功倍,無(wú)往而不利。
1
定點(diǎn) 定長(zhǎng)
1.依據(jù):到定點(diǎn)的距離等于定長(zhǎng)的點(diǎn)的集合是以定點(diǎn)為圓心定長(zhǎng)為半徑的圓。
2.應(yīng)用:
(1)如圖,四邊形ABCD中,AB=AC=AD=2,BC=1,AB∥CD,求BD的長(zhǎng)。
簡(jiǎn)析:因AB=AC=AD=2,知B、C、D在以A為圓2為半徑的圓上,由AB∥CD得DE=BC=1,易求BD=√15。
(2)如圖,在矩形ABCD中,AB=4,AD=6,E是AB邊的中點(diǎn),F(xiàn)是線段BC邊上的動(dòng)點(diǎn),將△EBF沿EF所在直線折疊得到△EB′F,連接B′D,則B′D的最小值是 .
簡(jiǎn)析:E為定點(diǎn),EB′為定長(zhǎng),B′點(diǎn)路徑為以E為圓心EB′為半徑的圓,作穿心線DE得最小值為2√10。
(3)ΔABC中,AB=4,AC=2,以BC為邊在ΔABC外作正方形BCDE,BD、CE交于點(diǎn)O,則線段AO的最大值為 .
簡(jiǎn)析:先確定A、B點(diǎn)的位置,因AC=2,所以C點(diǎn)在以A為圓心,2為半徑的圓上;因點(diǎn)O是點(diǎn)C以點(diǎn)B為中心順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45度并1:√2縮小而得,所以把圓A旋轉(zhuǎn)45度再1:√2縮小即得O點(diǎn)路徑。如下圖,轉(zhuǎn)化為求定點(diǎn)A到定圓F的最長(zhǎng)路徑,即AF FO=3√2。
此類問(wèn)題詳解參閱:
2
定線 定角
1.依據(jù):與一條定線的兩端夾角一定的動(dòng)點(diǎn)路徑是以定線為弦,定角為圓周角的弧。
2.應(yīng)用:
(1)矩形ABCD中,AB=10,AD=4,點(diǎn)P是CD上的動(dòng)點(diǎn),當(dāng)∠APB=90°時(shí)求DP的長(zhǎng).
簡(jiǎn)析:AB為定線,∠APB為定角(90°),P點(diǎn)路徑為以AB為弦(直徑)的弧,如下圖,易得DP為2或8。
(2)如圖,∠XOY = 45°,等邊三角形ABC的兩個(gè)頂點(diǎn)A、B分別在OX、OY上移動(dòng),AB = 2,那么OC的最大值為 .
簡(jiǎn)析:AB為定線,∠XOY為定角,O點(diǎn)路徑為以AB為弦所含圓周角為45°的弧,如下圖,轉(zhuǎn)化為求定點(diǎn)C到定圓M的最長(zhǎng)路徑,即CM MO=√3 1 √2。
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(3)已知A(2,0),B(4,0)是x軸上的兩點(diǎn),點(diǎn)C是y軸上的動(dòng)點(diǎn),當(dāng)∠ACB最大時(shí),則點(diǎn)C的坐標(biāo)為_____.
簡(jiǎn)析:作ΔABC的處接圓M,當(dāng)∠ACB最大時(shí),圓心角∠AMB最大,當(dāng)圓M半徑最小時(shí)∠AMB最大,即當(dāng)圓M與y軸相切時(shí)∠ACB最大。
如下圖,易得C點(diǎn)坐標(biāo)為(0,2√2)或(0,-2√2)。
(4)如圖,在平面直角坐標(biāo)系中,拋物線y=ax^2-3ax-4a的圖象經(jīng)過(guò)點(diǎn)C(0, 2),交軸于點(diǎn)A、B,(A點(diǎn)在點(diǎn)左側(cè)),頂點(diǎn)為D.
①求拋物線的解析式及點(diǎn)A、B的坐標(biāo);
②將ΔABC沿直線BC對(duì)折,點(diǎn)A的對(duì)稱點(diǎn)為A',試求A'的坐標(biāo);
③拋物線的對(duì)稱軸上是否存在點(diǎn)P,使∠BPC=∠BAC?若存在,求出點(diǎn)P的坐標(biāo);若不存在,請(qǐng)說(shuō)明理由.
簡(jiǎn)析③:定線BC對(duì)定角∠BPC=∠BAC,則P點(diǎn)在以BC為弦的雙弧上(關(guān)于BC對(duì)稱),如下圖所示。
3
三點(diǎn)定圓
1.依據(jù):不在同一直線上的三點(diǎn)確定一個(gè)圓。
2.應(yīng)用:
ΔABC中,∠A=45°,AD⊥BC于D,BD=4,CD=6,求AD的長(zhǎng)?!?nbsp;
簡(jiǎn)析:作ΔABC的外接圓,如下圖,易得AD=7 5=12。
4
四點(diǎn)共圓
1.依據(jù):對(duì)角互補(bǔ)的四邊形四個(gè)頂點(diǎn)共圓(或一邊所對(duì)兩個(gè)角相等)。
2.應(yīng)用:
如圖,在矩形ABCD中, AB=6,AD=8,P、E分別是線段AC、BC上的點(diǎn),四邊形PEFD為矩形,若AP=2,求CF的長(zhǎng)?!?nbsp;
簡(jiǎn)析:因∠PEF=∠PDF=∠DCE=90°,知D、F、C、E、P共圓,如下圖,由∠1=∠2、∠4=∠5,易得ΔAPD~ΔDCF,CF:AP=CD:AD,得CF=1.5。
5
旋轉(zhuǎn)生圓
1.如圖,圓O的半徑為5,A、B是圓上任意兩點(diǎn),且AB=6,以為AB邊作正方形ABCD(點(diǎn)D、P在直線兩側(cè)),若AB邊繞點(diǎn)P旋轉(zhuǎn)一周,則CD邊掃過(guò)的面積為_____ 。
簡(jiǎn)析:CD旋轉(zhuǎn)一周掃過(guò)的圖形可以用兩點(diǎn)確定,一是最遠(yuǎn)點(diǎn)距離為PC,二是最近點(diǎn)距離為P到直線CD的垂線段,從而確定兩個(gè)圓,CD即為兩圓之間的圓環(huán),如下圖。
2.如圖,在ΔABC中,∠BAC=90°,AB=5cm,AC=2cm,將ΔABC繞頂點(diǎn)C按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)至ΔA'B'C的位置,則線段AB掃過(guò)區(qū)域的面積為_____。
簡(jiǎn)析:掃過(guò)的陰影部分旋轉(zhuǎn)拼合成如下圓心角為45度的扇環(huán)。
6
動(dòng)圓綜合
1.動(dòng)圓 定弦:依據(jù)直徑是圓中最長(zhǎng)的弦,知此弦為直徑時(shí),圓最小。
如圖, △ABC中, ∠ABC=90°, AB=6, BC=8, O為AC的中點(diǎn), 過(guò)O作OE⊥OF, OE、OF分別交射線AB、BC于E、F, 則EF的最小值為 .
簡(jiǎn)析:圖中顯然O、E、F、B共圓,圓是動(dòng)的,但弦BO=5,當(dāng)BO為直徑時(shí)最小,所以EF最小為5.
2.動(dòng)圓 定線:相切時(shí)為臨界值。
如圖, Rt△ABC中, ∠C=90°, ∠ABC=30°, AB=6, 點(diǎn)D在AB邊上, 點(diǎn)E是BC邊上一點(diǎn) (不與點(diǎn)B、C重合), 且DA=DE, 則AD的取值范圍是 。
簡(jiǎn)析:因DA=DE,可以D點(diǎn)為圓心以DA為半徑作圓,則圓D與BC相切時(shí),半徑DE最小。E向B點(diǎn)移動(dòng)半徑增大直至D到B處(不含B點(diǎn)),得2≤AD<3。
3.動(dòng)弦 定角:圓中動(dòng)弦所對(duì)的角一定,則當(dāng)圓的直徑最小時(shí)此弦長(zhǎng)最小。
已知:△ABC中,∠B=45°,∠C=60°,D、E分別為AB、AC邊上的一個(gè)動(dòng)點(diǎn),過(guò)D分別作DF⊥AC于F,DG⊥BC于G,過(guò)E作EH⊥AB于H,EI⊥BC于I,連FG、HI,
求證:FG與HI的最小值相等。
簡(jiǎn)析:可以看HI何時(shí)最小,因B、H、E、I共圓,且弦HI所對(duì)圓周角一定,所以當(dāng)此圓直徑最小時(shí)弦HI最小,即當(dāng)BE最小時(shí),此時(shí)BE⊥AC,解△OHI可得HI的最小長(zhǎng)度。同樣可求FG的最小長(zhǎng)度。
此題可歸納一般結(jié)論:當(dāng)∠ABC=α,∠ACB=β,BC=m時(shí),F(xiàn)G和HI的最小值均為m*sinα*sinβ。
學(xué)貴有悟:
直角三角形和等腰三角形是最基本最常用的幾何圖形,圓中兩條半徑和一條弦構(gòu)成等腰三角形,一條直徑和兩條弦構(gòu)成直角三角形,垂直于弦的直徑又可以把一個(gè)等腰三角形分成兩個(gè)全等的直角三角形,利用圓還能構(gòu)造出全等三角形,因而僅用圓規(guī)和直尺可以作出各種復(fù)雜圖形。圓中的邊角有著豐富的數(shù)量關(guān)系,善作輔助圓對(duì)解題有著莫大的幫助!
有詞為證:
慧眼識(shí)圖隱圓現(xiàn),看似無(wú)圓卻有圓。有圓好結(jié)緣,無(wú)圓難續(xù)緣,一圓溝通全圖,歧路變坦途。解題善作輔助圓,無(wú)緣亦能化有緣。
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小試牛刀
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