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中考热点:模型+辅助圆 破解最大角存在性难题

时间:2019-08-19 03:06:05

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中考热点:模型+辅助圆 破解最大角存在性难题

米勒(Johannes Miiller 1436——1476)德国数学家,对三角做出了巨大贡献。是欧洲最有影响的数学家之一。米勒发表的《三角全书》,是使得三角学在欧洲取得独立地位的第一部系统性著作。

米勒提出了一个有趣的问题:在地球表面什么部位,一根垂直的悬杆呈现最长?即在什么部位,视角最大?最大视角问题是数学史上100个著名的极值问题中第一个极值问题。

这一问题更一般的描述是:已知,点A、B是∠MON的ON边上的两个定点,C是OM边上的一个动点,当C在何处时,∠ACB最大?问题的答案是:当且仅当△ABC的外接圆与边OM相切于点C时,∠ACB最大。人们称这一命题为米勒定理!

探索:点C在运动的过程中,∠ACB的大小在不断发生变化。实践证明,当△ABC的外接圆与ON相切时,切点C使得∠ACB最大。

如何作出点C的位置?

定理的证明

最大视角问题在各类数学竞赛、历届高考和模拟卷考试中频频亮相,我们安徽9年级数学课本圆的最后一节综合与实践,就涉及到这一问题,各类高中考题常常以解析几何、平面几何和实际应用为背景进行考查,但近年来为了体现初高中数学知识衔接,初中各类考试中也涉及到这一模型应用,解题时如果我们若能从题设中挖掘其中隐含的米勒模型,将会使问题顺利解决,举例说明如下。

例3.问题发现:

(1)如图①,点A和点B均在⊙O上,且∠AOB=90°,点P和点Q均在射线AM上,若∠APB=45°,则点P与⊙O的位置关系是_______;若∠AQB<45°,则点Q与⊙O的位置关系是______.

问题解决:

如图②、图③所示,四边形ABCD中,AB⊥BC,AD⊥DC,∠DAB=135°,且AB=1,AD=2√2,点P是BC边上任意一点.

(2)当∠APD=45°时,求BP的长度.

(3)是否存在点P,使得∠APD最大?若存在,请说明理由,并求出BP的长度;若不存在,也请说明理由.

【解析】(1)如图①中,∵∠APQ=1/2∠AOB=45°,∴点P在⊙O上,

∵∠AQB<45°,∴点Q在⊙O外.故答案为点P在⊙O上,点Q在⊙O外.

(2)如图2中,如图构造等腰直角三角形△AOD,与O为圆心作⊙O交BC于P、P′,易知∠APD=∠AP′D=45°.延长DO交BC于H,

∵∠DAB=135°,∠DAO=45°,∴∠OAB=∠B=90°,

∴OA∥BC,∴∠DOA=∠OHB=90°,

∴四边形ABHO是矩形,∴AB=OH=1,OA=BH,

∵AD=2√2,∴OA=OD=OP=OP′=2,

在Rt△OPH和Rt△OP′H中,

由勾股定理易知HP=HP′=√3,∴BH=OA=2,∴BP′=2﹣√3,PB=2+√3.

(3)如图③中,存在.

作线段AD的垂直平分线,交AD于E,交BC于F,点O在EF上,以OA为半径作⊙O,当⊙O与BC相切于点P时,∠APD最大,理由:在BC上任意取一点M,连接MA、MD,MD交⊙O于N,连接AN.

∵∠AND>∠AMD,∠APD=∠AND,∴∠APD>∠AND,

连接OP,延长DA交CB的延长线于点G.

∵AB⊥BC,∠DAB=135°,∴∠G=∠EFG=45°,

∴△ABG,△EFG都是等腰直角三角形,

例4.如图,在平面直角坐标系xOy中,点A与点B的坐标分别是(1,0),(7,0).

(1)对于坐标平面内的一点P,给出如下定义:如果∠APB=45°,则称点P为线段AB的“等角点”.显然,线段AB的“等角点”有无数个,且A、B、P三点共圆.

①设A、B、P三点所在圆的圆心为C,直接写出点C的坐标和⊙C的半径;

②y轴正半轴上是否有线段AB的“等角点”?如果有,求出“等角点”的坐标;如果没有,请说明理由;

(2)当点P在y轴正半轴上运动时,∠APB是否有最大值?如果有,说明此时∠APB最大的理由,并求出点P的坐标;如果没有请说明理由.

【解析】(1)①如图1中,在x轴的上方,作以AB为斜边的直角三角形△ACB,易知A、B、P三点在⊙C上,圆心C的坐标为(4,3),半径为3√2,

根据对称性可知点C(4,﹣3)也满足条件.

②y轴的正半轴上存在线段AB的“等角点“.如图2所示:当圆心为C(4,3)时,过点C作CD⊥y轴于D,则D(0,3),CD=4

∵⊙C的半径r=3√2>4,∴⊙C与y轴相交,

设交点为P、P,此时P、P在y轴的正半轴上

(2)由米勒模型可知,当过点A,B的圆与y轴正半轴相切于点P时,∠APB最大.

理由如下:如果点P在y轴的正半轴上,设此时圆心为E,则E在第一象限,

在y轴的正半轴上任取一点M(不与点P重合),

连接MA,MB,PA,PB,设MB交于⊙E于点N,连接NA,

∵点P,点N在⊙E上,∴∠APB=∠ANB,

∵∠ANB是△MAN的外角,∴∠ANB>∠AMB,即∠APB>∠AMB,

此时,过点E作EF⊥x轴于F,连接EA,EP,则AF=1/2AB=3,OF=4,

∵⊙E与y轴相切于点P,则EP⊥y轴,

∴四边形OPEF是矩形,OP=EF,PE=OF=4.∴⊙E的半径为4,即EA=4,

∴在Rt△AEF中,由勾股定理可求得EF=√7,∴OP=√7,即 P(0,√7).

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