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数学思想是指人们对数学理论和内容的本质的认识,数学方法是数学思想的具体化形式,实际上两者的本质是相同的,差别只是站在不同的角度看问题. 数学思想和数学方法是学习数学的核心. 下面举例探讨圆中渗透的数学思想.
例1(2010年上海市中考题)机器人“海宝”在某圆形区域表演“按指令行走”,如图1所示,“海宝”从圆心O出发,选沿北偏西67.4°方向行走13米至点A处,再沿正南方向行走14米至点B处,最后沿正东方向行走至点C处,点B、C都在圆O上.
(1)求弦BC的长;(2)求圆O的半径长.
(本题参考数据:sin67.4°=,cos67.4°=,tan67.4°=)
分析:为了方便解题,本题需要结合所给图形构造直角三角形,巧妙利用∠AOD与∠AON互余,已知条件所给角的三角函数值在此也起到了关键性的作用.
(1)解:过点O作OD⊥AB,则∠AOD+∠AON=90°,即:sin∠AOD=cos∠AON=.
即:AD=AO×=5,OD=AO×sin67.4°=AO×=12.
又沿正南方向行走14米至点B处,最后沿正东方向行走至点C处,
∴AB∥NS,AB⊥BC,∴E点是BC的中点,且BE=DO=12.
∴BC=24
(2)解:连接OB,则OE=BD=AB-AD=14-5=9.
∵在RT△BOE中,BE=12,
∴BO====15.
即圆O的半径长为15.
点评:理解方位角的概念,学会构造直角三角形,熟练掌握三角函数和垂径定理是解决本题的前提.
例2 已知:如图2,⊙O和⊙O内切于A,直线⊙O交⊙O于另一点B,交⊙O于另一点F,过B点作⊙O的切线,切点为D,交⊙O于C点,DE⊥AB垂足于E,求证:
(1)CD=DE;
(2)若将两圆内切改为外切,其他条件不变,(1)中的结论是否成立?请证明你的结论.
分析:主要应用“如果两个圆相切,那么切点一定在连心线上”这一结论解题.
证明:(1)连接DF、AD.
∵AF为⊙O的直径,∴FD⊥AD.
又DE⊥AB,
∴∠DFE=∠EDA.
∵BC为⊙O的切线,∴∠CDA=∠DFE.
∴∠CDA=∠EDA.
连接AC,∵ AB为⊙O的直径,
∴AC⊥BC.
又∵AD公共,
∴Rt△EDA≌Rt△CDA,
∴CD=DE.
(2)当两圆相切时,其他条件不变,(1)中的结论仍成立.证法同(1).
点评:①此题应用“如果两个圆相切,那么切点一定在连心线上”、双垂直、弦切角、全等三角形等知识;②第(2)问是开放性问题.
例3 有6个等圆拼成甲、乙、丙三种形状摆放,使相邻两圆均互相外切,如图3所示的圆心的连接(虚线)分别构成正六边形、平行四边形和正三角形,将圆心连线外侧的6个扇形(阴影部分)的面积之和依次记为S、P、Q,则()
A. S>P>Q B. S>Q>P
C. S>P且P=Q D. S=P=Q
分析:要想比较各个圆形中阴影部分的面积,若逐一计算,比较麻烦,但考虑将6个扇形的圆心角合为一个整体,则可以利用多边形内角和定理,分别求得6个圆心角之和,这样就可以通过扇形面积公式从整体上求解.
解:因为图3甲是六边形,即6个圆心角之和为n=(6-2)×180°=720°;图乙6个圆心角之和为平行四边形的内角和加上两个半圆的圆心角,即n=360°+2×180°=720°;图丙中6个圆心角之和为三角形内角和加上3个半圆的圆心角,即n=180°+3×180°=720°.由此可见,这3个图形中的6个扇形的面积之和是相等的,即阴影部分的面积为:==. 故外侧扇形面积S=P=Q,应选D.
点评:解题时要细心观察给出的图形,探寻进行转化的途径和方法是解决此类问题的关键,而扇形的面积应用在其中的作用是不可低估的.
例1(2010年上海市中考题)机器人“海宝”在某圆形区域表演“按指令行走”,如图1所示,“海宝”从圆心O出发,选沿北偏西67.4°方向行走13米至点A处,再沿正南方向行走14米至点B处,最后沿正东方向行走至点C处,点B、C都在圆O上.
(1)求弦BC的长;(2)求圆O的半径长.
(本题参考数据:sin67.4°=,cos67.4°=,tan67.4°=)
分析:为了方便解题,本题需要结合所给图形构造直角三角形,巧妙利用∠AOD与∠AON互余,已知条件所给角的三角函数值在此也起到了关键性的作用.
(1)解:过点O作OD⊥AB,则∠AOD+∠AON=90°,即:sin∠AOD=cos∠AON=.
即:AD=AO×=5,OD=AO×sin67.4°=AO×=12.
又沿正南方向行走14米至点B处,最后沿正东方向行走至点C处,
∴AB∥NS,AB⊥BC,∴E点是BC的中点,且BE=DO=12.
∴BC=24
(2)解:连接OB,则OE=BD=AB-AD=14-5=9.
∵在RT△BOE中,BE=12,
∴BO====15.
即圆O的半径长为15.
点评:理解方位角的概念,学会构造直角三角形,熟练掌握三角函数和垂径定理是解决本题的前提.
例2 已知:如图2,⊙O和⊙O内切于A,直线⊙O交⊙O于另一点B,交⊙O于另一点F,过B点作⊙O的切线,切点为D,交⊙O于C点,DE⊥AB垂足于E,求证:
(1)CD=DE;
(2)若将两圆内切改为外切,其他条件不变,(1)中的结论是否成立?请证明你的结论.
分析:主要应用“如果两个圆相切,那么切点一定在连心线上”这一结论解题.
证明:(1)连接DF、AD.
∵AF为⊙O的直径,∴FD⊥AD.
又DE⊥AB,
∴∠DFE=∠EDA.
∵BC为⊙O的切线,∴∠CDA=∠DFE.
∴∠CDA=∠EDA.
连接AC,∵ AB为⊙O的直径,
∴AC⊥BC.
又∵AD公共,
∴Rt△EDA≌Rt△CDA,
∴CD=DE.
(2)当两圆相切时,其他条件不变,(1)中的结论仍成立.证法同(1).
点评:①此题应用“如果两个圆相切,那么切点一定在连心线上”、双垂直、弦切角、全等三角形等知识;②第(2)问是开放性问题.
例3 有6个等圆拼成甲、乙、丙三种形状摆放,使相邻两圆均互相外切,如图3所示的圆心的连接(虚线)分别构成正六边形、平行四边形和正三角形,将圆心连线外侧的6个扇形(阴影部分)的面积之和依次记为S、P、Q,则()
A. S>P>Q B. S>Q>P
C. S>P且P=Q D. S=P=Q
分析:要想比较各个圆形中阴影部分的面积,若逐一计算,比较麻烦,但考虑将6个扇形的圆心角合为一个整体,则可以利用多边形内角和定理,分别求得6个圆心角之和,这样就可以通过扇形面积公式从整体上求解.
解:因为图3甲是六边形,即6个圆心角之和为n=(6-2)×180°=720°;图乙6个圆心角之和为平行四边形的内角和加上两个半圆的圆心角,即n=360°+2×180°=720°;图丙中6个圆心角之和为三角形内角和加上3个半圆的圆心角,即n=180°+3×180°=720°.由此可见,这3个图形中的6个扇形的面积之和是相等的,即阴影部分的面积为:==. 故外侧扇形面积S=P=Q,应选D.
点评:解题时要细心观察给出的图形,探寻进行转化的途径和方法是解决此类问题的关键,而扇形的面积应用在其中的作用是不可低估的.