“圆”中的最值问题探究

来源 :初中生世界·九年级 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zdllyd2009
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  圆作为最美的几何图形,拥有很多美好的性质,作为中考试题的载体,它可以和很多知识点融合,展示各式各样的问题.圆中的最值问题便是其中一类.请同学们欣赏几例.
  例1 (2016·黑龙江)如图1,MN是⊙O的直径,MN=4,∠AMN=40°,点B为弧AN的中点,点P是直径MN上的一个动点,则PA PB的最小值为 .
  【分析】过A作关于直线MN的对称点A′,连接A′B,由轴对称的性质可知A′B即为PA PB的最小值,由对称的性质可知[AN]=[A′N],再由圆周角定理可求出∠A′ON的度数,再由勾股定理即可求解.
  解:过A作关于直线MN的对称点A′,连接A′B,OB,OA′,AA′,
  ∵AA′关于直线MN对称,∴[AN]=[A′N],
  ∵∠AMN=40°,∠A′ON=80°,∠BON=40°,
  ∴∠A′OB=120°,
  过O作OQ⊥A′B于Q,在Rt△A′OQ中,OA′=2,∴A′B=2A′Q=2·2·sin60°=[23],
  即PA PB的最小值为[23].
  【点评】利用轴对称性质是解本题的关键.
  例2 (2015·乐山)如图3,已知直线y=[34]x-3与x轴、y轴分别交于A、B两点,P是以C(0,1)为圆心,1为半径的圆上一动点,连接PA、PB.则△PAB面积的最大值是( ).
  A.8 B.12 C.10.5 D.8.5
  【分析】直线与x轴、y轴的交点A、B坐标可求,AB的长是定值,C(0,1)是定点,作CE⊥AB,所以当P在EC的延长线与圆C的交点位置Q处时,△PAB面积有最大值.
  解:连接CA,过点C作CE⊥AB,EC的延长线交⊙C于Q,如图4.A(4,0)、B(0,-3),
  ∴AB=5,S△CAB=S△OAB S△CAO=6 2=8=[12]×5×CE,∴CE=[165],EQ=[165] 1=[215].
  ∴△PAB面积的最大值是[12]×5×[215]=[212]=10.5.选C.
  例3 如图5,AB是⊙O的一条弦,点C是⊙O上一动点,且∠ACB=30°,点E、F分别是AC、BC的中点,直线EF与⊙O交于G、H两点.若⊙O的半径为7,则GE FH的最大值为 .
  【分析】要求GE FH的最大值,而GE FH=GH-EF,EF作为△CAB的中位线,始终等于[12]AB,是个定值,那就需要GH最大.
  解:如图6,当GH为⊙O的直径时,GH有最大值.此时,E点与O点重合,即AC也是直径,AC=14.∴∠ABC=90°,
  ∵∠C=30°,∴AB=[12]AC=7,
  ∵点E、F分别为AC、BC的中点,
  ∴EF=[12]AB=3.5,
  ∴GE FH=GH-EF=14-3.5=10.5.
  【点评】确定GH的位置是解题的关键,勿忘圆中最长的弦是直径这一基本事实.
  例4 如图7,在平面直角坐标系xOy中,以原点O为圆心的圆过点A(13,0),直线y=kx-3k 4与⊙O交于B、C两点,则弦BC的长的最小值为( ).
  A.22 B.24 C.[105] D.[123]
  【分析】直线y=kx-3k 4必过定点(3,4),记为点D.最短弦CB即为过点D且与OD垂直的弦,再求出OD=5,便可求出BC的值.
  解:y=kx-3k 4=k(x-3) 4,当x=3时,y=4,故直线y=kx-3k 4一定经过点(3,4),记为点D.
  ∴OD=5,OB=OA=13.
  由于过圆内定点D的所有弦中,与OD垂直的弦最短,∴BC的最小值为2BD=[2OB2-OD2]
  =2×[132-52]=24.
  【点评】该题的难点是确定定点(3,4),从函数关系式的特点可发现随着k值的变化,直线在不停变化,从而与圆的交点B、C也在不停改变,有没有一个点可以不受k的影响?所以将y=kx-3k 4=k(x-3) 4这样整理后,令k的系数x-3=0,y将不受k的影响.此时确定定点(3,4).在圆内过一定点的最长弦是直径,最短弦是过该点与直径垂直的弦.
  例5 如圖8,定长弦CD在以AB为直径的⊙O上滑动(点C、D与点A、B不重合),M是CD的中点,过点C作CP⊥AB于点P,AB=8,求PM的最大值是 .
  【分析】见弦的中点连圆心得垂直,在四边形中见对角都是直角,得出四边形的四个顶点在同一个圆上,且直角所对的弦是直径.
  解:连接OM,∵M为弦CD的中点,∴OM
  ⊥CD,∵∠OPC=∠OMC=90°,∴O、P、M、C四点共圆.
  ∴当PM=OC为直径时,PM最大,最大值为4.
  【点评】本题考查了垂径定理,三线合一,四点共圆,直径是最长的弦,两点之间线段最短,关键是找出符合条件的CD的位置,题目灵活,有一定的难度.
  (作者单位:江苏省丰县初级中学)
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