
典例分析:
實例講解:(包含以上多種模型)
已知在正方形ABCD中,∠MAN =45°,連接BD與AM,AN
分別交于E、F兩點。
從圖中找出3組四點共圓及一組5點共圓。
詳解: 由題意可得:
∠BDF=∠FHE=45°
?點A,M,F,D四點共圓。
?∠AMF=90°
∠HFM=45°
同理,可得點A,B,E,N四點共圓。
∠ANE=90°,∠NEH=45°
∠NEH=∠HFM
?點M,E,F,N四點共圓。
∠FME=∠ECF=∠FME=90°
?點N,F,C,E,M五點共圓。
圖如右:
實戰(zhàn)訓練
一.隱圓之定點定長
1.如圖,正方形ABCD,邊長為4,點P和點Q在正方形的邊上運動,且PQ=4,若點P從點B出發(fā)沿B→C→D→A的路線向點A運動,到點A停止運動;點Q從點A出發(fā),沿A→B→C→D的路線向點D運動,到達點D停止運動.它們同時出發(fā),且運動速度相同,則在運動過程中PQ的中點O所經(jīng)過的路徑長為 3π .
試題分析:畫出點O運動的軌跡,如圖虛線部分,利用PQ的中點O所經(jīng)過的路線長等于半徑為2的圓周長的34求解即可.
答案詳解:解:畫出點O運動的軌跡,如圖虛線部分,
則點P從B到A的運動過程中,PQ的中點O所經(jīng)過的路線長等于2π×2×34=3π,
所以答案是:3π.
2.已知:如圖,在正方形ABCD中,E、F分別是AD、CD的中點.
(1)線段AF與BE有何關(guān)系.說明理由;
(2)延長AF、BC交于點H,則B、D、G、H這四個點是否在同一個圓上.說明理由.
試題分析:(1)證明△ABE≌△DAF,證據(jù)全等三角形的對應邊相等,以及直角三角形的兩銳角互余即可證明AF相等且互相垂直;
(2)證明△ADF≌△HCF,依據(jù)直角三角形斜邊上的中線等于斜邊的一半,即可證得B,C,D,H四點到C的距離相等,即可證得四點共圓.
答案詳解:解:(1)AF=BE且AF⊥BE.
證明:∵E、F分別是AD、CD的中點,
∴AE=12AD,DF=12CD
∴AE=DF
又∵∠BAD=∠D=90°,AB=AD
∴△ABE≌△DAF
∴AF=BE,∠AEB=∠AFD
∵在直角△ADF中,∠DAF+∠AFD=90°
∴∠DAF+∠AEB=90°
∴∠AGE=90°
∴AF⊥BE
(2)連接CG.
∵DF=CF,∠D=∠FCH=90°,∠AFD=∠HFC
∴△ADF≌△HCF
∴BC=AD=CH=CD,
在直角△BGH中,BC=CH,
∴GC=12BH
∴CB=CG=CD=CH,
∴B,G,D,H在以C為圓心、BC長為半徑的圓上.
二.隱圓之定弦定角
3.在△ABC中,AB=4,∠C=45°,則2AC+BC的最大值為 410 .
試題分析:過點B作BD⊥AC于點D,則△BCD為等腰直角三角形,設(shè)BD=CD=a,延長AC至點F,使得CF=a,則可求出tan∠AFB,作△ABF的外接圓⊙O,過點O作OE⊥AB于點E,則AE=12AB=2,∠AOE=∠AFB,則可利用tan∠AOE求出OE、OA,最后利用三角形三邊關(guān)系即可求出2AC+BC的最大值為2(OA+OF),計算即可.
答案詳解:解:過點B作BD⊥AC于點D,
∵∠C=45°,
∴△BCD為等腰直角三角形,
∴BD=CD,
設(shè)BD=CD=a,延長AC至點F,使得CF=a,
∵tan∠AFB=a2a=12,
作△ABF的外接圓⊙O,過點O作OE⊥AB于點E,則AE=12AB=2,∠AOE=∠AFB,
∴tan∠AOE=12,
∴OE=4,OA=22+42=25,
∴2AC+BC=2(AC+22BC)=2(AC+CF)=2AF≤2(OA+OF),
∴2AC+BC的最大值為2×45=410.
所以答案是:410.
4.如圖,在矩形ABCD中,AD=5,AB=33,點E在AB上,AEEB=12,在矩形內(nèi)找一點P,使得∠BPE=60°,則線段PD的最小值為( )
A.27?2B.213?4C.4D.23
試題分析:如圖,在BE的上方,作△OEB,使得OE=OB,∠EOB=120°,連接OD,過點O作OQ⊥BE于Q,OJ⊥AD于J.證明點P的運動軌跡是以O(shè)為圓心,OE為半徑的⊙O,推出當點P落在線段OD上時,DP的值最小,想辦法求出OD,OP,可得結(jié)論.
答案詳解:解:如圖,在BE的上方,作△OEB,使得OE=OB,∠EOB=120°,連接OD,過點O作OQ⊥BE于Q,OJ⊥AD于J.
∵∠BPE=12∠EOB,
∴點P的運動軌跡是以O(shè)為圓心,OE為半徑的⊙O,
∴當點P落在線段OD上時,DP的值最小,
∵四邊形ABCD是矩形,
∴∠A=90°,
∵AB=33,AE:EB=1:2,
∴BE=23,
∵OE=OB,∠EOB=120°,OQ⊥EB,
∴EQ=BQ=3,∠EOQ=∠BOQ=60°,
∴OQ=1,OE=2,
∵OJ⊥AD,OQ⊥AB,
∴∠A=∠AJO=∠AQO=90°,
∴四邊形AQOJ是矩形,
∴AJ=OQ=1,
JO=AQ=23,
∵AD=5,
∴DJ=AD﹣AJ=4,
∴OD=JD2+OJ2=42+(23)2=27,
∴PD的最小值=OD﹣OP=27?2,
所以選:A.
5.問題提出
(1)如圖①,已知△ABC為邊長為2的等邊三角形,則△ABC的面積為 3 ;
問題探究
(2)如圖②,在△ABC中,已知∠BAC=120°,BC=63,求△ABC的最大面積;
問題解決
(3)如圖③,某校學生禮堂的平面示意為矩形ABCD,其寬AB=20米,長BC=24米,為了能夠監(jiān)控到禮堂內(nèi)部情況,現(xiàn)需要在禮堂最尾端墻面CD上安裝一臺攝像頭M進行觀測,并且要求能觀測到禮堂前端墻面AB區(qū)域,同時為了觀測效果達到最佳,還需要從點M出發(fā)的觀測角∠AMB=45°,請你通過所學知識進行分析,在墻面CD區(qū)域上是否存在點M滿足要求?若存在,求出MC的長度;若不存在,請說明理由.
試題分析:(1)作AD⊥BC于D,由勾股定理求出AD的長,即可求出面積;
(2)作△ABC的外接圓⊙O,可知點A在BC上運動,當A'O⊥BC時,△ABC的面積最大,求出A'H的長,從而得出答案;
(3)以AB為邊,在矩形ABCD的內(nèi)部作一個等腰直角三角形AOB,且∠AOB=90°,過O作HG⊥AB于H,交CD于G,利用等腰直角三角形的性質(zhì)求出OA,OG的長,則以O(shè)為圓心,OA為半徑的圓與CD相交,從而⊙O上存在點M,滿足∠AMB=45°,此時滿足條件的有兩個點M,過M1作M1F⊥AB于F,作EO⊥M1F于E,連接OF,利用勾股定理求出OE的長,從而解決問題.
答案詳解:解:(1)作AD⊥BC于D,
∵△ABC是邊長為2的等邊三角形,
∴BD=1,
∴AD=AB2?BD2=3,
∴△ABC的面積為12×2×3=3,
所以答案是:3;
(2)作△ABC的外接圓⊙O,
∵∠BAC=120°,BC=63,
∴點A在BC上運動,
當A'O⊥BC時,△ABC的面積最大,
∴∠BOA'=60°,BH=CH=33,
∴OH=3,OB=6,
∴A'H=OA'﹣OH=6﹣3=3,
∴△ABC的最大面積為12×63×3=93;
(3)存在,以AB為邊,在矩形ABCD的內(nèi)部作一個等腰直角三角形AOB,且∠AOB=90°,
過O作HG⊥AB于H,交CD于G,
∵AB=20米,
∴AH=OH=10米,OA=102米,
∵BC=24米,
∴OG=14米,
∵102>14,
∴以O(shè)為圓心,OA為半徑的圓與CD相交,
∴⊙O上存在點M,滿足∠AMB=45°,此時滿足條件的有兩個點M,
過M1作M1F⊥AB于F,作EO⊥M1F于E,連接OF,
∴EF=OH=10米,OM1=102米,
∴EM1=14米,
∴OE=OM12?M1E2=2米,
∴CM1=BF=8米,
同理CM2=BH+OE=10+2=12(米),
∴MC的長度為8米或12米.
三.隱圓之直角動點
6.如圖,在矩形ABCD中,AB=8,BC=5,P是矩形內(nèi)部一動點,且滿足∠PAB=∠PBC,則線段CP的最小值是 41?4 .
試題分析:首先證明點P在以AB為直徑的⊙O上,連接OC與⊙O交于點P,此時PC最小,利用勾股定理求出OC即可解決問題.
答案詳解:解:∵∠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于斜邊一半),
∴點P在以AB為直徑的⊙O上,連接OC交⊙O于點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,
∴OC=BO2+BC2=41,
∴PC=OC﹣OP=41?4.
∴PC最小值為41?4.
所以答案是:41?4.
7.如圖,等邊△ABC的邊長為6,D為BC邊上的中點,P為直線BC上方的一個動點,且滿足∠PAD=∠PDB,則線段CP長的最大值為 37+332. .
試題分析:首先證明點P在以AD為直徑的⊙O上,連接OC,延長CO交⊙O于點P,此時PC最大,利用勾股定理求出OC即可解決問題.
答案詳解:解:∵等邊△ABC的邊長為6,D為BC邊上的中點,
∴∠ADB=90°,
∴∠ADP+∠PDB=90°,
∵∠PAD=∠PDB
∴∠DAP+∠ADP=90°,
∴∠APD=90°,
∴點P在以AD為直徑的⊙O上,連接OC,延長CO交⊙O于點P,此時PC最大,
在Rt△CDO中,∵∠ODC=90°,DC=12BC=3,OD=12AD=332,
∴OC=OD2+CD2=372,
∴PC=OC+OP=372+332=37+332.
∴CP長的最大值為37+332.
所以答案是37+332.
8.如圖,在矩形ABCD中,AB=8,BC=6,點P在矩形的內(nèi)部,連接PA,PB,PC,若∠PBC=∠PAB,則PC的最小值是( )
A.6B.73?3C.213?4D.413?4
試題分析:首先證明∠PAB+∠PBA=90°,得∠APB=90°,則點P在以AB為直徑的圓上運動,設(shè)圓心為O,連接OC交⊙O于P,此時PC最小,利用勾股定理求出OC的長即可.
答案詳解:解:∵四邊形ABCD是矩形,
∴∠ABC=90°,
∴∠ABP+∠PBC=90°,
∵∠PBC=∠PAB,
∴∠PAB+∠PBA=90°,
∴∠APB=90°,
∴點P在以AB為直徑的圓上運動,設(shè)圓心為O,連接OC交⊙O于P,此時PC最小,
∵OC=OB2+BC2=42+62=213,
∴PC的最小值為213?4,
所以選:C.
四.隱圓之對角互補。
9.如圖,在四邊形ABCD中,∠BAD=∠BCD=90°,∠ACD=30°,AD=2,E是AC的中點,連接DE,則線段DE長度的最小值為 3?1 .
試題分析:先判斷出A、B、C、D四點共圓,且圓心為BD中點,再連接AO、CO,取AO中點F,連接EF,DF,利用圓周角定理及等邊三角形的判定可得到△OAD為等邊三角形,進而得到半徑長、DF、EF,最后利用三角形三邊關(guān)系即可求出DE最小值.
答案詳解:解:∵∠BAD=∠BCD=90°,
∴A、B、C、D四點共圓,且BD為直徑,取BD中點O,則圓心為點O,
連接AO、CO,取AO中點F,連接EF,DF,
∵∠ACD=30°,
∴∠AOD=60°,
∵OA=OD,
∴△OAD為等邊三角形,
∴OA=OD=OC=AD=2,
∴∠AFD=90°,則DF=3,
∵EF是△AOC的中位線,
∴EF=12OC=1,
在△DEF中,DF﹣EF≤DE,
∴當D、E、F三點共線時,DE取到最小,最小值為3?1.
∴DE的最小值為3?1.
10.如圖,四邊形ABCD中,∠ABC=∠ACD=∠ADC=45°,△DBC的面積為8,則BC長為 4 .
試題分析:如圖,作DH⊥BC交BC的延長線于H,取CD的中點O,連接OA,OB.由對角互補可證明A,C,H,D四點共圓,利用全等三角形的性質(zhì)證明BC=DH,即可解決問題.
答案詳解:解:如圖,作DH⊥BC交BC的延長線于H,取CD的中點O,連接OA,OB.
∵DH⊥BH,
∴∠DHC=90°,
∴四邊形DACH對角互補,
∴A,C,H,D四點共圓,
∵∠DAC=90°,CO=OD,
∴OA=OD=OC=OH,
∴A,C,H,D四點在以O(shè)為圓心的圓上,
∵AC=AD,
∴∠CHA=∠AHD=45°,(沒有學習四點共圓,可以這樣證明:過點A作AM⊥DH于M,過點A作AN⊥BH于N,證明△AMD≌△ANC,推出AM=AN,推出AH平分∠MHN即可)
∵∠ABC=45°,
∴∠BAH=90°,
∴BA=AH,
∵∠BAH=∠CAD=90°,
∴∠BAC=∠HAD,
∵AC=AD,AB=AH,
∴△BAC≌△HAD(SAS),
∴BC=DH,
∴S△BCD=12×BC×DH=12×BC2=16,
∴BC=4或﹣4(舍棄),
所以答案是4.
11.問題提出:
(1)如圖①,半圓O的直徑AB=10,點P是半圓O上的一個動點,則△PAB的面積最大值是 25 .
問題探究:
(2)如圖②,在邊長為10的正方形ABCD中,點G是BC邊的中點,E、F分別是AD和CD邊上的點,請?zhí)骄坎⑶蟪鏊倪呅蜝EFG的周長的最小值.
問題解決:
(3)如圖③,四邊形ABCD中,AB=AD=6,∠BAD=60°,∠BCD=120°,四邊形ABCD的周長是否存在最大值,若存在,請求出最大值;若不存在,請說明理由.
試題分析:(1)如圖1,點P運動至半圓O的中點時,底邊AB上的高最大,即P'O=r=5,求出此時△P'AB的面積即可;
(2)如圖2,作點G關(guān)于CD的對稱點G′,作點B關(guān)于AD的對稱點B′,連接B′G′,B'E,F(xiàn)G',根據(jù)兩點之間線段最短即可解決問題;
(3)如圖3,連接AC、BD,在AC上取一點,使得DM=DC.首先證明AC=CD+CB,再證明當AC為△ABC的外接圓的直徑時,四邊形ABCD的周長最大.
答案詳解:解:(1)如圖1,點P運動至半圓O的中點時,底邊AB上的高最大,即P'O=r=5,
此時△PAB的面積最大值,
∴S△P'AB=12×10×5=25,
所以答案是:25;
(2)如圖2,作點G關(guān)于CD的對稱點G′,作點B關(guān)于AD的對稱點B′,連接B′G′,B'E,F(xiàn)G',
∵EB=EB′,F(xiàn)G=FG′,
∴BE+EF+FG+BG=B′E+EF+FG′+BG,
∵EB′+EF+FG′≥B′G′,
∴四邊形BEFG的周長的最小值=BG+B′G′,
∵BG=12BC=5,BB′=20,BG′=15,
∴B′G′=BG'2+BB'2=152+202=25,
∴四邊形BEFG的周長的最小值為30.
(3)如圖3,連接AC、BD,在AC上取一點,使得DM=DC.
∵∠DAB=60°,∠DCB=120°,
∴∠DAB+∠DCB=180°,
∴A、B、C、D四點共圓,
∵AD=AB,∠DAB=60°,
∴△ADB是等邊三角形,
∴∠ABD=∠ADB=60°,
∴∠ACD=∠ADB=60°
∵DM=DC,
∴△DMC是等邊三角形,
∴∠ADB=∠MDC=60°,CM=DC,
∴∠ADM=∠BDC,
∵AD=BD,
∴△ADM≌△BDC(SAS),
∴AM=BC,
∴AC=AM+MC=BC+CD,
∵四邊形ABCD的周長=AD+AB+CD+BC=AD+AB+AC,
∵AD=AB=6,
∴當AC最大時,四邊形ABCD的周長最大,
∴當AC為△ABC的外接圓的直徑時,四邊形ABCD的周長最大,
∵6AC=sin60°,
∴AC的最大值=43,
∴四邊形ABCD的周長最大值為12+43.
五.隱圓綜合
12.閱讀下列材料,回答問題.
材料:求圓外一定點到圓上距離最小值是安徽省中考數(shù)學較為常見的一種題型,此類題型試題有時出題者將圓隱藏,故又稱為“隱圓問題”.解決這類問題,關(guān)鍵是要找到動點的運動軌跡,即該動點是繞哪一個定點旋轉(zhuǎn),且能保持旋轉(zhuǎn)半徑不變.從而找到動點所在的隱藏圓,進而轉(zhuǎn)換成圓外一點到圓心的距離減半徑,求得最小值.
解決問題:
(1)如圖①,圓O的半徑為1,圓外一點A到圓心的距離為3,圓上一動點B,當A、O、B滿足條件 點B在線段AO上 時,AB有最小值為 2 .
(2)如圖②,等腰△ABC兩腰長為5,底邊長為6,以A為圓心,2為半徑作圓,圓上動點P到BC的距離最小值為 2 .
(3)如圖③,OA⊥OB,P、Q分別是射線OA、OB上兩個動點,C是線段PQ的中點,且PQ=4,則在線段PQ滑動的過程中,求點C運動形成的路徑長,并說明理由.
(4)如圖④,在矩形ABCD中,AB=4,AD=8,點E是AB中點,點F是BC上一點,把△BEF沿著EF翻折,點B落在點B'處,求DB'的最小值,并說明理由.
(5)如圖⑤,在△ABC中,AB=10,AC=8,BC=6,以邊AB中點O為圓心,作半圓與AC相切,點P,Q分別是邊BC和半圓上的動點,連接PQ,求PQ長的最小值,并說明理由.
試題分析:(1)如圖①,連接OA,OB,OA,由三角形的三邊關(guān)系可得AB≤AO﹣BO,則當點B在線段AO上時,AB有最小值=3﹣1=2;
(2)如圖②中,過點A作AH⊥BC于H,交⊙A于P,此時點P到BC的距離最?。?br>(3)利用直角三角形斜邊中線的性質(zhì),的長OC=2,再利用弧長公式求解即可.
(4)如圖④中,連接DE,DB′.利用勾股定理求出DE,根據(jù)DB′≥DE﹣EB′,可得DB′≥217?2,由此可得結(jié)論.
(5)當O、Q、P三點共線且OP⊥BC時,PQ有最小值,設(shè)AC與圓的切點為D,連接OD,分別利用三角形中位線定理可求得OD和OP的長,則可求得PQ的最小值.
答案詳解:解:(1)如圖①,連接OA,OB,OA,
在△ABO中,AB≤AO﹣BO,
當點B在線段AO上時,AB有最小值=3﹣1=2,
所以答案是:點B在線段AO上,2.
(2)如圖②中,過點A作AH⊥BC于H,交⊙A于P,此時點P到BC的距離最小.
∵AB=AC=5,AH⊥BC,
∴BH=CH=12BC=3,
∴AH=AB2?BH2=52?32=4,
∵PA=2,
∴PH=AH﹣AP=2,
∴圓上動點P到BC的距離最小值為2,
所以答案是:2.
(3)如圖③中,連接OC.
∵∠POQ=90°,PQ=4,PC=CQ,
∴OC=12PQ=2,
∴點C的運動軌跡是圓弧,運動路徑的長=90?π?2180=π.
(4)如圖④中,連接DE,DB′.
∵四邊形ABCD是矩形,
∴∠A=90°,
∵AE=EB=2,AD=8,
∴DE=AE2+AD2=22+82=217,
∵BE=EB′=2,
∴DB′≥DE﹣EB′,
∴DB′≥217?2,
∴DB′的最小值為217?2.
(5)當O、Q、P三點共線且OP⊥BC時,PQ有最小值,設(shè)AC與圓的切點為D,連接OD,如圖⑤中,
∵AC為圓的切線,
∴OD⊥AC,
∵AC=8,BC=6,AB=10,
∴AC2+BC2=AB2,
∴∠ACB=90°,
∴OD∥BC,且O為AB中點,
∴OD為△ABC的中位線,
∴OD=12BC=3,
同理可得PO=12AC=4,
∴PQ=OP﹣OQ=4﹣3=1,
∴PQ的最小值為1.
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