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分類討論,解決圓的問題

2024-08-08 00:00:00余丹丹
初中生世界·九年級 2024年6期
關(guān)鍵詞:外心縱坐標(biāo)橫坐標(biāo)

在復(fù)習(xí)圓的內(nèi)容時,我們經(jīng)常會遇到多解的問題,這時,就需要進(jìn)行分類討論。分類討論思想是初中數(shù)學(xué)中一個重要的思想方法,也是中考復(fù)習(xí)中必須要掌握的思想方法之一。需要進(jìn)行分類討論的原因是由于某種因素導(dǎo)致問題的情形不確定。那如何進(jìn)行分類討論呢?關(guān)鍵在于分類標(biāo)準(zhǔn)的確定。我們要在理解和掌握分類原則、方法、技巧的基礎(chǔ)上,做到“確定對象的全體,明確分類的標(biāo)準(zhǔn),分門別類不重復(fù)、不遺漏地分析討論”。

一、源于對稱性的分類討論

例1 ⊙O的半徑為5,弦AB∥CD,AB=6,CD=8,則AB與CD間的距離為 。

【解析】由于圓是軸對稱圖形,所以當(dāng)我們畫定弦AB時,弦CD的位置就不確定了,會有兩個位置,一是與弦AB在圓心的同側(cè),二是與弦AB在圓心的兩側(cè)。

當(dāng)弦CD與弦AB在圓心O的同側(cè)時,如圖1,過點(diǎn)O作OE⊥AB于點(diǎn)E,交CD于點(diǎn)F,連接OA、OC。由AB∥CD,得到OF⊥CD。根據(jù)垂徑定理,得AE=3,CF=4。再在Rt△OAE和Rt△OCF中,分別利用勾股定理求出OE=4,OF=3。所以AB與CD之間的距離EF=OE-OF=4-3=1。

當(dāng)弦CD與弦AB在圓心O的兩側(cè)時,如圖2,過點(diǎn)O作OE⊥AB于點(diǎn)E,反向延長OE,交CD于點(diǎn)F,連接OA、OC。同理可求出OE=4,OF=3。所以AB與CD之間的距離EF=OE+OF=4+3=7。

二、源于外心位置的分類討論

例2 已知點(diǎn)O是△ABC的外心,∠BOC=130°,則∠A= 。

【解析】三角形的外心與三角形的位置隨著三角形的形狀不同而發(fā)生改變:若三角形是銳角三角形,則外心在三角形內(nèi);若三角形是鈍角三角形,則外心在三角形外;若三角形是直角三角形,則外心在直角三角形的斜邊上。本題由于△ABC的形狀不能確定,且∠BOC=130°,故可分為O、A在BC的同側(cè)(即△ABC為銳角三角形或∠A是銳角的直角三角形)與O、A在BC的兩側(cè)(即△ABC為∠A是鈍角的鈍角三角形)兩種情況進(jìn)行討論。如圖3所示,因?yàn)椤螧OC=130°,所以∠A=[12]∠BOC=65°;如圖4所示,∠A=180°-65°=115°。

三、源于圖形變化的分類討論

例3 如圖5,已知⊙P的半徑是1,圓心P在拋物線y=(x-2)2上運(yùn)動,若⊙P與坐標(biāo)軸相切,滿足題意的⊙P有 個。

【解析】圖形運(yùn)動時,位置會發(fā)生變化,與其他圖形的相對位置就會發(fā)生改變?!裀在運(yùn)動過程中可能會和x軸相切,也可能會和y軸相切。因此,我們應(yīng)分與x軸相切和與y軸相切兩種情況。

①⊙P與x軸相切。由⊙P的半徑是1可知,點(diǎn)P的縱坐標(biāo)為±1,若點(diǎn)P的縱坐標(biāo)為1,則1=(x-2)2,解得x1=3,x2=1,所以點(diǎn)P的坐標(biāo)為(3,1)或(1,1);若點(diǎn)P的縱坐標(biāo)為-1,-1=(x-2)2,此時方程無解。

②⊙P與y軸相切。由⊙P的半徑是1可知,點(diǎn)P的橫坐標(biāo)為±1,若點(diǎn)P的橫坐標(biāo)為1,則y=1,即點(diǎn)P的坐標(biāo)為(1,1);若點(diǎn)P的橫坐標(biāo)為-1,則y=(-1-2)2=9,即點(diǎn)P的坐標(biāo)為(-1,9)。

綜上可知,滿足題意的⊙P有3個。

例4 如圖6,AB為半圓的直徑,AB=10,點(diǎn)O到弦AC的距離為4,點(diǎn)P從點(diǎn)B出發(fā)沿BA方向向點(diǎn)A以每秒1個單位長度的速度運(yùn)動,連接CP,當(dāng)△APC為等腰三角形時,點(diǎn)P運(yùn)動的時間是( )秒。

A.[145]或4 B.[145]或5

C.4或5 D.[145]、4或5

【解析】本題點(diǎn)P在運(yùn)動過程中,△APC的形狀也發(fā)生了變化,所以△APC為等腰三角形就會有三種情況:CP=CA、PA=PC、AP=AC。 過點(diǎn)O作OD⊥AC于點(diǎn)D,根據(jù)垂徑定理以及勾股定理求得AC=6。

①當(dāng)CP=CA時,如圖7,過點(diǎn)C作CE⊥AB于點(diǎn)E,連接BC。因?yàn)锳B是直徑,所以∠ACB=90°。因?yàn)镈是AC的中點(diǎn),O是AB的中點(diǎn),所以BC=2OD=8。進(jìn)而可求出CE=[245]。在Rt△ACE中,AE=[AC2-CE2]=[185],所以BP=AB-2AE=[145]。所以t=[145](秒)。

②當(dāng)PA=PC時,則點(diǎn)P在AC的垂直平分線上,所以點(diǎn)P與點(diǎn)O重合,PB=5,此時t=5(秒)。

③當(dāng)AP=AC=6時,PB=AB-AP=4,此時t=4(秒)。

綜上所述,t=[145]或4或5。故選D。

(作者單位:江蘇省泰州市姜堰區(qū)實(shí)驗(yàn)初級中學(xué))

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