初中数学如何找隐圆
隐圆问题是初中数学中的一个难点,通常涉及到几何图形的变换与性质,解决这类问题需要学生具备良好的空间想象力和逻辑推理能力,本文将详细介绍几种常见的隐圆模型及其解题方法,并附上示例和练习题以帮助理解。
一、动点到定点的距离等于定长
模型分析:在这个模型中,一个动点到一个固定点的距离始终等于一个定长,这个模型可以通过在圆上任意选择一个点,并连接该点和圆心,形成一个半径,然后通过旋转半径来寻找符合条件的点。
例题1:如图,若AB=OA=OB=OC,则∠ACB的大小是_______。
分析:由于AB=OA=OB=OC,根据圆的定义,A、B、C三点都在以O为圆心,OA为半径的圆上,由圆周角定理可得∠ABC = 1/2∠AOC,∠ACB = ∠AOB,∠BAC = ∠BOC。∠ACB = ∠AOB = ∠BOC。
解答:设∠AOB = α,则∠ACB = α,∠BAC = α,又因为AB=OA=OB=OC,所以四边形ABCD是正方形,∠ACB = 90°。
练习:如图,已知AB=AC=AD,∠CBD=2∠BDC,∠BAC=44°,则∠CAD的度数为________。
分析:由于AB=AC=AD,根据圆的定义,B、C、D三点都在以A为圆心,AB为半径的圆上,由圆周角定理可得∠CBD = 1/2∠BAC,∠BDC = 1/2∠BAC。∠CBD = 22°,∠BDC = 22°。
解答:∠CAD = ∠CBD + ∠BDC = 22° + 22° = 44°。
二、定点到动点的距离随动点的移动而变化
模型分析:在这个模型中,一个定点到另一个动点的距离会随着动点的移动而不断变化,这个模型可以通过在圆上选择一个定点,并连接该点和圆心,形成一个半径,然后移动半径来寻找符合条件的点。
例题2:木杆AB斜靠在墙壁上,当木杆的上端A沿墙壁NO竖直下滑时,木杆的底端B也随之沿着射线OM方向滑动.下列图中用虚线画出了木杆中点P随之下落的路线,其中正确的是( )。
分析:由于AB是固定的,P点在AB上的运动轨迹是一个圆,当A点沿NO下滑时,B点沿OM滑动,P点的轨迹是一个圆弧。
解答:选择正确的图示即可。
练习1:如图,矩形ABCD中,AB=2,AD=3,点E、F分别为AD、DC边上的点,且EF=2,点G为EF的中点,点P为BC上一动点,则PA+PG的最小值为________。
分析:由于EF=2,G为EF的中点,所以EG=1,当P点在BC上移动时,PA+PG的最小值出现在P点位于B点或C点时,PA+PG=AB+BG=2+1=3。
解答:PA+PG的最小值为3。
三、直角所对的直径
模型分析:在这个模型中,一个直径所对的圆周角必须是直角,这个模型可以通过在圆上选择一个点,并连接该点和圆心,形成一个直径,然后通过旋转直径来寻找符合条件的点。
例题3:如图,在△ABC中,∠ACB=90°,AB=5,BC=3,P是AB边上的动点(不与点B重合),将△BCP沿CP所在的直线翻折,得到B′CP,连接B′A,则B′A长度的最小值是 。
分析:由于∠ACB=90°,所以AC是直径,当P点在AB上移动时,B′A的长度不变。
解答:B′A长度的最小值为AC=4。
练习2:如图,已知△ABC为等腰直角三角形,∠BAC=90°,AC=2,以点C为圆心,1为半径作圆,点P为⊙C上一动点,连结AP,并绕点A顺时针旋转90°得到AP′,连结CP′,则CP′的取值范围是____________。
分析:由于AC=2,所以CP′的最大值为2+1=3,最小值为2-1=1。
解答:CP′的取值范围是[1, 3]。
四、四点共圆
模型分析:在这个模型中,四个点都在同一个圆上,这个模型可以通过在圆上选择四个点,并连接这四个点形成一个四边形,然后通过旋转四边形的边来寻找符合条件的点。
例题4:等腰直角△ABC中,∠C=90°,AC=BC=4,D为线段AC上一动点,连接BD,过点C作CH⊥BD于H,连接AH,则AH的最小值为 。
分析:由于∠C=90°,所以AC是直径,当D点在AC上移动时,AH的长度不变。
解答:AH长度的最小值为AC=4。
练习3:如图,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=4,BC=3,点D是平面内的一个动点,且AD=2,M为BD的中点,在D点运动过程中,线段CM长度的取值范围是_________。
分析:由于AD=2,所以CM的最大值为2+3=5,最小值为2-3=1。
解答:CM长度的取值范围是[1, 5]。
五、三角形外接圆
模型分析:在这个模型中,一个三角形有三个顶点,这三个顶点都在同一个圆上,这个模型可以通过在圆上选择三个点,并连接这三个点形成一个三角形,然后通过旋转三角形的边来寻找符合条件的点。
例题5:如图,边长为3的等边△ABC,D、E为AB、BC上的点,且BD=CE,AD与BE交于点P,连接CP,则CP的最小值为__________。
分析:由于BD=CE,所以AD=BE,当P点在AD上移动时,CP的长度不变。
解答:CP长度的最小值为AD=3/2。
练习4:如图,在正方形ABCD中,动点E、F分别从D、C两点同时出发,以相同的速度在边DC、CB上移动,连接AE和DF交于点P,由于点E、F的移动,使得点P也随之运动.若AD=2,线段CP的最小值是_____________。
分析:由于AD=2,所以CP的最小值为AD=2。
解答:CP的最小值为2。
六、圆与多边形的内切与外接
模型分析:在这个模型中,一个圆与一个多边形相切或相离,这个模型可以通过在圆上选择一个点,并连接该点和圆心,形成一个半径,然后通过旋转半径来寻找符合条件的点。
例题6:如图,半径为2cm,圆心角为90°的扇形OAB的弧AB上有一运动的点P从点P向半径OA引垂线PH交OA于点H,设△OPH的内心为I,当点P在弧AB上从点A运动到点B时,内心I所经过的路径为_____。
分析:由于OA=OB=2cm,所以OP=2cm,当P点在弧AB上移动时,OP的长度不变。
解答:内心I所经过的路径为半圆弧。
练习5:如图,已知△ABC为等腰直角三角形,∠BAC=90°,AC=2,以点C为圆心,1为半径作圆,点P为⊙C上一动点,连结AP,并绕点A顺时针旋转90°得到AP′,连结CP′,则CP′的取值范围是____________。
分析:由于AC=2,所以CP′的最大值为2+1=3,最小值为2-1=1。
解答:CP′的取值范围是[1, 3]。
七、两圆相交、相切、相离
模型分析:在这个模型中,两个圆相交、相切或相离,这个模型可以通过在两个圆上分别选择两个点,并连接这两组对应点形成两个直径,然后通过旋转直径来寻找符合条件的点。
例题7:AD为△ABC中BC边的高,AD=6,∠BAC=60°,求△ABC面积的最小值。
分析:由于AD=6,所以BC=2AD=12,当B点在BC上移动时,△ABC的面积不变。
解答:△ABC面积的最小值为1/2 * BC * AD = 1/2 * 12 * 6 = 36。
练习6:如图,已知B、D是∠MON的边ON上的两个定点,点P是边OM上的一动点,则点P在何处时,∠APB最大?作△PAB的外接圆,当圆与直线l相切时,∠APB最大.证明:在直线l上任取一点M(不与P点重合),连接AM、BM,∠AMB即为圆O的圆外角.∠APB>∠AMB,∠APB最大。
分析:由于B、D是定点,所以当P点在OD上移动时,∠APB的最大值出现在P点位于D点时。∠APB = 90° + ∠ADB。
解答:∠APB的最大值为90° + ∠ADB。
隐圆问题的关键在于识别出潜在的圆的性质,并通过构造辅助圆或利用已知条件进行推理,掌握这些模型和方法可以帮助学生更好地理解和解决隐圆问题。