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例析幾道“隱形圓”問題

2024-06-11 03:51羅泳欣
中學數(shù)學研究 2024年6期
關鍵詞:余弦定理過點本題

羅泳欣

圓具有豐富的幾何性質(zhì),當利用圓的性質(zhì)進行解題時可以起到事半功倍的效果.利用解析幾何的思想可知,通過圓的定義可以獲得圓的軌跡方程,利用阿波羅尼斯定理或托勒密定理等等也可以獲得圓的方程.但在某些板塊里面卻沒有明顯的“圓”的方程,這就需要我們用創(chuàng)造性的思維構造出“圓”來進行解題.本文梳理了部分使用“圓”的軌跡來解題的案例,以供大家參考.

1.隱藏在三角形中的“圓”

析解:本題以三角形為背景,考察向量的相關知識.常規(guī)解法是利用平面向量基本定理,表示出所求角,再利用不等式等相關手段進行求解.本文將通過巧妙的建系來發(fā)掘出“圓”,利用圓的幾何性質(zhì)求解.如圖1,以點E為原點,EC為x軸,過點E作

評注:本題若選擇向量或正、余弦定理求解,對應的運算難度很大.本題通過思考點A的軌跡,巧妙的構造出“圓”有效地提升了解題效率.分析上述解題過程可知,當點D,B為對應線段的其他等分點時,對應點A的軌跡也是“圓”.借助上述“圓”的模型,我們還可以探討ΔABC面積以及周長的最值問題.

例2 (2021年新課標Ⅰ卷第19題)記ΔABC的內(nèi)角A,B,C的對邊分別為a,b,c.已知b2=ac,點D在邊AC上,BDsin∠ABC=asinC.(1)證明:BD=b;(2)若AD=2DC,求cos∠ABC.

析解:本題以幾何平均三角形為背景,結合三等分線考察正、余弦定理的應用.本題可選擇的三角形較多,需要構建的方程也較多,思維難度較大.本文嘗試構造出“圓”來進行求解.

由第(1)問可知BD=b為定值,由此可考慮構造點B的軌跡進行求解.如圖2,以點D為原點,CA為x軸,過點D作CA的垂線為y軸建立平面直角坐標系.

設點A的坐標為(2,0),C的坐標為(-1,0),

評注:上述四個例題獲得圓的方式都不一樣,例1利用向量的運算,例2利用圓的定義,例3借助了正弦定理的性質(zhì),例4借助了中線公式以及圓的定義.

2.隱藏在三角函數(shù)中的“圓”

例5 已知cos(α+β)=cosα+cosβ,求cosα的最值.

評析:在本題的解題過程中,構造了一條直線與一個圓.將原來的代數(shù)問題,轉(zhuǎn)化為圖形的相交問題.高效地實現(xiàn)了參數(shù)的化簡,充分地體現(xiàn)了數(shù)形結合思想.

析解:因為α,β是方程acosθ+bsinθ=c的兩個根,即有acosα+bsinα=c,以及acosβ+bsinβ=c,如圖5,為此構造直線l:ax+by=c,顯然可得點A(cosα,sinα)∈l,B(cosβ,sinβ)∈l.其中點A,B顯然屬于單位圓⊙O:x2+

3.隱藏在不等式中的“圓”

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