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平面直角坐标系中的旋转公式_巧用隐圆求解旋转中的最值问题

时间:2019-07-09 21:42:45

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平面直角坐标系中的旋转公式_巧用隐圆求解旋转中的最值问题

通常情况下,旋转变换是可以与圆的相关知识联系起来,因此在最值问题大家庭中,除了“两点之间线段最短”和“垂直线最短”之外,有了圆的加盟,形式更加丰富了,在圆内涉及到的最值定理有“直径是圆内最长的弦”,圆外(内)一点到圆周上某点的距离等,解决问题的关键是思维能够导向上述常规常法。

题目

在平面直角坐标系中,四边形OABC是矩形,点O(0,0),点A(0,3),点C(5,0),以点C为中心,顺时针旋转矩形OABC,得到矩形CDEF,点O、A、B的对应点分别为D、E、F.

(1)如图1,当点D落在AB边上时,求点D的坐标;

(2)如图2,当点D落在线段AE上时,CD与AB相交于点H.

①求证:△ADC≌△AOC;②求点H的坐标;

(3)记K为矩形OABC对角线的交点,S为△KDE的面积,请直接写出S的取值范围.

解析:

(1)由旋转可知CD=CO=5,而BC=3,因此在Rt△BCD中,由勾股定理可求出BD=4,从而得到AD=1,所以D(1,3);

(2)当点D落在AE上,即意味着∠ADC=90°,△ADC与△AOC是直角三角形,且斜边重合,直角边是旋转得到,因此利用HL判定它们全等。然后设H点横坐标为x,即AH=x,由全等可知∠ACD=∠ACO,而矩形告诉我们AB∥OC,得到∠ACO=∠BAC,因此∠BAC=∠ACD,于是AH=CH=x,在Rt△BCH中,便可利用勾股定理列方程了,BH=5-x,BC=3,得x²=9+(5-x)²,解得x=3.4,于是H(3.4,3);

(3)这是本题难点,先作出图形进行观察,如下图:

我们发现,其实△EDK的一条边DE是不变的,因此我们只需要考虑它的高,所以过点K作KN⊥直线DE,垂足为N。

那KN究竟如何变化呢?

此时如果能将旋转过程中,点D所在的圆作出来,就方便多了,如下图:

在圆C中,K作为圆内一点,K所在直径两端即为最长或最短处,可利用勾股定理求出AC=√34,则CK=√34/2,于是KN最短时,距离为CN-CK=5-√34/2,KN最长时,距离为CN+CK=5+√34/2,因此对应的面积最大值为15/2+3√34/4和15/2-3√34/4.

解题反思

此题难度并不高,尤其是前两小题,考察学生最基础的几何方法,最后一问中,利用了圆内一点到圆周上某点距离的最值,也是属于圆性质的一部分,涉及到的计算量也不大,只要认真思考,一定能完成。

隐圆的关键在于作出这个圆,或者脑子里有这个圆,实际解题中,这个圆可以不作出来,只要说清楚即可,这也是最后要求直接写出结果的原因之一。

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