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直角坐标系中求解圆的动点问题是初三数学的难点,本文就例题详细解析圆与四边形相切这类题型的解题思路,希望能给初三学生的数学学习带来帮助。
例题
如图,点A(-10,0),B(-6,0),点C在y轴的正半轴上,∠CBO=45°,CD∥AB,∠CDA=90°,点P从点Q(-8,0)出发,沿x轴向左以每秒1个单位长度的速度匀速运动,运动时间为ts。
(1)求点C的坐标;
(2)当∠BCP=15°时,求t的值;
(3)以PC为直径作圆,当该圆与四边形ABCD的边相切时,求t的值。
1、求点C的坐标
根据题目中的条件:点A(-10,0),B(-6,0),则OA=10,OB=6;
根据题目中的条件:∠COB=90°,∠CBO=45°,∠COB+∠CBO+∠BCO=180°,则∠BCO=45°;
根据结论:∠BCO=45°,∠CBO=45°,则∠BCO=∠CBO;
根据等角对等边性质和结论:∠BCO=∠CBO,则OC=OB=6,即点C的坐标为(0,6)。
2、当∠BCP=15°时,求t的值
(1)点P在点B左侧
根据题目中的条件和结论:∠BCO=45°,∠BCP=15°,∠BCP=∠BCO+∠PCO,则∠PCO=30°;
根据直角三角形的性质和结论:直角三角形中30°所对的直角边为斜边的一半,∠COB=90°,∠PCO=30°,则PC=2PO;
根据勾股定理和结论:∠COB=90°,PC=2PO,PC^2=PO^2+OC^2,OC=6,则4PO^2=PO^2+6^2,可求得PO=2√3;
根据题目中的条件:点Q(-8,0),则OQ=8;
根据结论:PO=2√3,OQ=8,则PQ=PO+OQ=8+2√3;
根据题目中的条件和结论:PQ=8+2√3,点P的运动速度v=1个单位长度/秒,则运动时间t=PQ/v=8+2√3。
(2)点P在点B右侧
根据题目中的条件和结论:∠BCO=45°,∠BCP=15°,∠PCO=∠BCO+∠BCP,则∠PCO=60°;
根据题目中的条件和结论:∠COB=90°,∠PCO=60°,∠COB+∠PCO+∠CPO=180°,则∠CPO=30°;
根据直角三角形的性质和结论:直角三角形中30°所对的直角边为斜边的一半,∠COB=90°,OC=6,∠CPO=30°,则PC=2OC=12;
根据勾股定理和结论:∠COB=90°,PC^2=PO^2+OC^2,OC=6,PC=12,则PO=6√3;
根据结论:PO=6√3,OQ=8,则PQ=PO+OQ=8+6√3;
根据题目中的条件和结论:PQ=8+6√3,点P的运动速度v=1个单位长度/秒,则运动时间t=PQ/v=8+6√3。
所以,符合条件的t值为8+2√3或8+6√3。
3、以PC为直径作圆,当该圆与四边形ABCD的边相切时,求t的值
(1)以PC为直径的圆与四边形ABCD的边CD相切
根据切线的性质和题目中的条件:圆的切线垂直于过其切点的直径,圆与四边形ABCD的边CD相切于点C,PC为直径,则PC⊥CD,即∠DCP=90°;
根据平行线的性质和题目中的条件:两直线平行,同旁内角互补,CD∥AB,则∠DCO+∠COB=180°,∠COB=90°,则∠DCO=90°;
根据结论:∠DCP=90°,∠DCO=90°,则点P与点O重合;
根据结论:OQ=8,点P与点O重合,则PQ=8;
根据题目中的条件和结论:PQ=8,点P的运动速度v=1个单位长度/秒,则运动时间t=PQ/v=8。
(2)以PC为直径的圆与四边形ABCD的边BC相切
根据切线的性质和题目中的条件:圆的切线垂直于过其切点的直径,圆与四边形ABCD的边BC相切于点C,PC为直径,则PC⊥BC,即∠BCP=90°;
根据结论:∠BCP=90°,∠BCO=45°,∠PCO+∠BCO=∠BCP,则∠PCO=45°;
根据题目中的条件和结论:∠PCO=45°,∠POC=90°,∠PCO+∠POC+∠CPO=180°,则∠CPO=45°;
根据等角对等边性质和结论:∠PCO=45°,∠CPO=45°,则OP=OC;
根据结论:OP=OC,OC=6,则OP=6;
根据结论:OQ=8,OP=6,则PQ=OQ-OP=2;
根据题目中的条件和结论:PQ=2,点P的运动速度v=1个单位长度/秒,则运动时间t=PQ/v=2。
(3)以PC为直径的圆与四边形ABCD的边AD相切
设以PC为直径的圆的圆心为E,与AD边的切点为F,连接EF,延长线段FE,与CO交于点G
根据切线的性质和题目中的条件:圆的切线垂直于过其切点的直径,圆与四边形ABCD的边AD相切于点F,FG为直径,则FG⊥AD,即∠AFG=90°;
根据平行线的判定、题目中的条件和结论:同位角相等两直线平行,∠AFG=∠CDA=90°,则CD∥FG;
根据平行线的性质和结论:两直线平行同位角相等,CD∥FG,则∠FGO=∠DCO;
根据结论:∠DCO=90°,∠FGO=∠DCO,则∠FGO=90°,即FG⊥OC;
根据平行线的判定和结论:平行于同一直线的两直线平行,CD∥FG,CD∥AB,则FG∥AB;
根据中位线的判定和结论:经过三角形一边的中点且与另一边平行的线段是三角形的中位线,FG∥AO,CE=PE,则CG=OG=OC/2;
根据结论:OC=6,CG=OC/2,则CG=3;
根据矩形的判定和结论:三个角为直角的四边形为矩形,∠AFG=∠FGO=∠AOC=90°,则四边形OAFG为矩形;
根据矩形的性质和结论:矩形的对边相等,四边形OAFG为矩形,则FG=OA;
根据结论:OA=10,FG=OA,则FG=10;
设以PC为直径的圆的半径为r
根据题目中的条件和结论:FG=10,EF=r,则EG=FG-EF=10-r;
根据勾股定理和结论:FG⊥OC,CE=r,CG=3,EG=10-r,CE^2=CG^2+EG^2,则r^2=3^2+(10-r)^2,可求得r=5.45;
根据结论:EG=10-r,r=5.45,则EG=4.55;
根据中位线性质和结论:三角形的中位线等于第三边的一半,FG∥AO,CE=PE,CG=OG,则PO=2EG;
根据结论:EG=4.55,PO=2EG,则PO=9.1;
根据结论:PO=9.1,OQ=8,则PQ=PO+OQ=17.1;
根据题目中的条件和结论:PQ=17.1,点P的运动速度v=1个单位长度/秒,则运动时间t=PQ/v=17.1。
所以,符合条件的t值为2或8或17.1。
结语
解决本题的关键是分情况讨论满足条件的圆,根据圆与四边形的边长相切时边与角的关系,再把线段长度与直角坐标系中点的坐标进行对应,就可以求解得到题目需要的值。
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