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2026年中考数学压轴题专项练习-隐形圆之定弦定角作圆(学生版+名师详解版)
展开 这是一份2026年中考数学压轴题专项练习-隐形圆之定弦定角作圆(学生版+名师详解版),共62页。试卷主要包含了,连结AB、AC,问题提出等内容,欢迎下载使用。
(1)求抛物线的解析式;
(2)如图1,连接BC,D是线段BC上一点,,作射线OD交抛物线于点E,H是抛物线上一点,连接OH,若OE平分,求H点的坐标;
(3)在(2)的条件下,如图2,过点E作EF垂直于x轴于点F,在直线EF上存在点M,使得,请直接写出点M的坐标.
2.(2025秋•自贡期末)在中,,过点C作CD⊥BC,垂足为C,,AC与BD交于点E.
(1)如图1,,,求DC的长;
(2)如图2,AM⊥BD,AN⊥CD,垂足分别为M,N,,求的长.
3.(2024•雁塔区校级一模)(1)如图1,半径为2的圆O内有一点P,且,弦AB过点P,则弦AB长度的最大值为 ;最小值为 .
(2)如图2,等腰,,,,将放在平面直角坐标系中,使点A与坐标原点O重合,点B在x轴的正半轴上,在x轴上方是否存在点M,使得,且?若存在,请确定M的坐标;若不存在,请说明理由.
(3)如图3,是葛叔叔家的菜地示意图,其中,米,米,现在他利用周边地的情况,把原来的三角形地拓展成符合条件的面积尽可能大、周长尽可能长的四边形地,用来建鱼塘.已知葛叔叔想建的鱼塘是四边形ABCD,且满足,你认为葛叔叔的想法能实现?若能,求出这个四边形鱼塘面积和周长的最大值;若不能,请说明理由.
4.(2024秋•海淀区期末)在同一平面直角坐标系中,⊙P上的点如表1,直线l上的点如表2,
表1
表2
解答下列问题:
(1)直线l和的交点A和B的坐标分别为 ;
(2)的半径的长为 ;
(3)若在坐标轴上存在点M,使得为直角三角形,,求点M的坐标.
5.(2025•灞桥区校级模拟)问题提出:(1)如图①,为等腰三角形,,,D是AB上一点,且CD平分的面积,则线段CD的长度为 .
问题探究:(2)如图②,中,,,试分析和判断的面积是否存在最大值,若存在,求出这个最大值;若不存在,请说明理由.
问题解决:(3)如图③,2025年第九届丝绸之路国际电影开幕式在西安曲江竞技中心举行,主办方要在会场旁规划一个四边形花圃ABCD,满足米,米,,,主办方打算过BC的中点M点(入口)修建一条径直的通道ME(宽度忽略不计)其中点E(出口)为四边形ABCD边上一点,通道ME把四边形ABCD分成面积相等并且尽可能大的两部分,分别规划成不同品种的花圃以供影迷休闲观赏.问是否存在满足上述条件的通道ME?若存在,请求出点A距出口的距离AE的长;若不存在,请说明理由.
6.(2025秋•沙坪坝区校级期末)在等腰直角△ABC中,∠ACB=90°,D是线段BC上一点,延长BC至点E,使得CE=CD,过点E作EG⊥AD于点G,交AB于点F.
(1)如图1,连接CG,若AD平分∠BAC,CG=2,求BC的长;
(2)如图2,H是平面内一点,连接AH、DH,DA平分∠EDH,∠BAH=2∠CAD,用等式表示线段BD、BF、DH之间的数量关系,并证明;
(3)如图3,在第(2)问的条件下,CD=2,AC=3,点M为平面内一点,连接BM、DM,满足∠AMD=2∠H,当BM最小时,将△BDM沿着BD翻折到同一平面内得△BDM’,过点E作EK⊥BE,交直线DM’于点K,直接写出线段EK的长度.
7.(2025秋•宽城区期末)【问题原型】如图①,在⊙O中,弦BC所对的圆心角∠BOC=90°,点A在优弧BC上运动(点A不与点B、C重合),连结AB、AC.
(1)在点A运动过程中,∠A的度数是否发生变化?请通过计算说明理由.
(2)若BC=2,求弦AC的最大值.
【问题拓展】如图②,在△ABC中,BC=4,∠A=60°.若M、N分别是AB、BC的中点,则线段MN的最大值为 .
8.(2025•沈阳模拟)菱形ABCD中,AB=4,点P是AB上一动点(不与A,B重合),连接PD,点M是射线DP上一点,且∠BMD=∠BAD,连接AM,作∠MAN=∠BAD,交PD于点N.
(1)如图1,若∠BAD=90°,直接写出△AMN的形状;
(2)如图2,若∠BAD=60°,点P是AB的中点,求AN的长;
(3)若∠BAD=60°,直接写出△CBN面积的最小值.
9.(2025•雁塔区校级三模)问题提出
(1)如图①,已知△ABC为边长为2的等边三角形,则△ABC的面积为 ;
问题探究
(2)如图②,在△ABC中,已知∠BAC=120°,BC=6,求△ABC的最大面积;
问题解决
(3)如图③,某校学生礼堂的平面示意为矩形ABCD,其宽AB=20米,长BC=24米,为了能够监控到礼堂内部情况,现需要在礼堂最尾端墙面CD上安装一台摄像头M进行观测,并且要求能观测到礼堂前端墙面AB区域,同时为了观测效果达到最佳,还需要从点M出发的观测角∠AMB=45°,请你通过所学知识进行分析,在墙面CD区域上是否存在点M满足要求?若存在,求出MC的长度;若不存在,请说明理由.
10.(2025秋•泗阳县期末)如图,已知AB⊥MN于点B,且AB=10cm,将线段AB绕点B按逆时针方向旋转角α(0≤α≤360°)得到线段BC,过点C作CD⊥MN于点D,⊙O是△BCD的内切圆,直线AO、BC相交于点H.
(1)若α=60°,则CD= cm.
(2)若AO⊥BC
①点H与⊙O的位置关系是 ;
A.点H在⊙O外
B.点H在⊙O上
C.点H在⊙O内
②求线段AO的长度.
(3)线段AB绕点B按逆时针方向旋转90°,求点O运动的路径长.
11.(2025秋•开福区校级期末)如图,在平面直角坐标系中,点M在x轴负半轴上,⊙M与x轴交于A、B两点(A在B的左侧),与y轴交于C、D两点(点C在y轴正半轴上),且,点B的坐标为(3,0),点P为优弧CAD上的一个动点,连结CP,过点M作ME⊥CP于点E,交BP于点N,连结AN.
(1)求⊙M的半径长;
(2)当BP平分∠ABC时,求点P的坐标;
(3)当点P运动时,求线段AN的最小值.
12.(2025秋•碑林区校级月考)问题发现(1)如图1,在△ABC中,AB=2,∠C=60°,试猜想△ABC面积的最大值为 ;
问题探究(2)如图2,在四边形ABCD中,AB∥DC,∠A=90°,AB=BC,∠C=120°,连接BD,求cs∠ADB的值;
问题解决(3)如图3,在四边形ABCD中,∠ADC=90°,DC=2AD,AB=10,C为AB为直径的半圆上一点,O为圆心,请问四边形ABCD的面积是否存在最大值?若存在,求这个最大值;若不存在,试说明理由.
13.(2025秋•扬州月考)在一次数学探究活动中,王老师设计了一份活动单:
“追梦”学习小组通过操作、观察、讨论后汇报:点A的位置不唯一,它在以BC为弦的圆弧上(点 B、C除外),….小华同学画出了符合要求的一条圆弧(如图1).
(1)小华同学提出了下列问题,请你帮助解决.
①该弧所在圆的半径长为 ;
②△ABC面积的最大值为 ;
(2)经过比对发现,小明同学所画的角的顶点不在小华所画的圆弧上,而在如图1所示的弓形外部,我们记为A′,请你利用图1证明∠BA'C<30°.
(3)请你运用所学知识,结合以上活动经验,解决问题:如图2,已知矩形ABCD的边长AB=2,BC=5,点P在直线CD的左侧,且∠DPC=60°,则线段PB长的最小值为 .
14.(2025秋•常州期中)如图①,已知线段AB和直线l,用直尺和圆规在l上作出所有的点P,使得∠APB=30°.图②,小明的作图方法如下:
第一步:分别以点A,B为圆心,AB长为半径作弧,两弧在AB上方交于点O;
第二步:连接OA,OB;
第三步:以O为圆心,OA长为半径作圆O,交l于点P1,P2;
所以图中P1,P2即为所求的点.
(1)在图②中,连接P1A,P1B,求证:∠AP1B=30°;
【方法迁移】
(2)如图③,用直尺和圆规在矩形ABCD内作出所有的点P,使得∠BPC=45°;(不写作法,保留作图痕迹)
【深入探究】
(3)已知矩形ABCD,BC=2,P为边AD上的点,若满足∠BPC=45°的点P恰好有1个,求AB的值.
(4)已知矩形ABCD,BC=2,AB=m,P为边AD上的点,若满足∠BPC=45°的点P恰好有两个,直接写出m的取值范围: .
15.(2025秋•丹阳市期末)【发现】
如图(1),AB为⊙O的一条弦,点C在弦AB所对的优弧上,根据圆周角性质,我们知道∠ACB的度数 (填“变”或“不变”);若∠AOB=150°,则∠ACB= °.爱动脑筋的小明猜想,如果平面内线段AB的长度已知,∠ACB的大小确定,那么点C是不是在某一个确定的圆上运动呢?
【研究】
为了解决这个问题,小明先从一个特殊的例子开始研究.如图(2),若AB=2,直线AB上方一点C满足∠ACB=45°,为了画出点C所在的圆,小明以AB为底边构造了一个等腰Rt△AOB,再以O为圆心,OA为半径画圆,则点C在⊙O上.请根据小明的思路在图(2)中完成作图(要求尺规作图,不写作法,保留作图痕迹,并用2B铅笔或黑色水笔加黑加粗).后来,小明通过逆向思维及合情推理,得出一个一般性的结论,即:若线段AB的长度已知,∠ACB的大小确定,则点C一定在某一个确定的圆上,即定弦定角必定圆,我们把这样的几何模型称之为“定弦定角”模型.
【应用】
(1)如图(3),AB=2,平面内一点C满足∠ACB=60°,则△ABC面积的最大值为 .
(2)如图(4),已知正方形ABCD,以AB为腰向正方形内部作等腰△BAE,其中BE=BA,过点E作EF⊥AB于点F,点P是△BEF的内心.
①∠BPE= °,∠BPA= °;
②连接CP,若正方形ABCD的边长为2,则CP的最小值为 .
16.(2024•新城区校级一模)问题提出:
如图1:在△ABC中,BC=10且∠BAC=45°,点O为△ABC的外心,则△ABC的外接圆半径是 .
问题探究:
如图2,正方形ABCD中,E、F分别是边BC、CD两边上点且∠EAF=45°,请问线段BE、DF、EF有怎样的数量关系?并说明理由.
问题解决:
如图3,四边形ABCD中,AB=AD=4,∠B=45°,∠D=135°,点E、F分别是射线CB、CD上的动点,并且∠EAF=∠C=60°,试问△AEF的面积是否存在最小值?若存在,请求出最小值.若不存在,请说明理由.
17.(2024•雁塔区模拟)问题深究.
有一块矩形铁皮ABCD,AB=3,BC=2.
(1)如图①,在矩形铁皮ABCD上找一个点E使得△AEB为等边三角形,并求出△AEB的面积.
(2)如图②,在矩形铁皮ABCD上找出所有点F使得∠AFB=45°,并求出△AFB的最大面积.
(3)如图③,工人师傅想用这块矩形铁皮ABCD裁剪出两块全等且面积最大的△AMB和△CND,且∠AMB=∠CND=30°,请在图中画出符合条件的M、N,并求出此时△AMB的面积.
18.(2024春•泰兴市校级月考)如图1,点A、D是抛物线y=﹣x2+1上两动点,点B、C在x轴上,且四边形ABCD是矩形,点E是抛物线与y轴的交点,连接BE交AD于点F,AD与y轴的交点为点G.设点A的横坐标为a(0<a<1).
(1)若矩形ABCD的周长为3.5,求a的值;
(2)求证:不论点A如何运动,∠EAD=∠ABE;
(3)若△ABE是等腰三角形,
①求点A的坐标;
②如图2,若将直线BA绕点B按逆时针方向旋转至直线l,设点A、C到直线l的距离分别为d1、d2,求d1+d2的最大值.
19.(2024秋•泰兴市期末)如图,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AB=10,sinB=,点E在边AC上,过点E作EF⊥AB交AB于点F,EH∥AB交BC于点H,边点H作HG⊥AB于点G,设EF=x.
(1)当x为何值时,△AEF与△CEH全等,并说明理由;
(2)点P为EH上一点,且∠FPG=90°,求x的取值范围.
20.(2024秋•秦淮区校级月考)如图,函数的图象与坐标轴交于A、B两点,在x轴上有点M(a,0),点N(a﹣,0),P为直线AB上一动点.
(1)∠ABO= °;当△MPN为等边三角形时,a的值是 ;
(2)当△MPN为直角三角形时,在图②中用尺规画出所有符合条件的点P(不写画法,保留作图痕迹);
(3)当∠MPN=30°时,则a的取值范围为 .
1.(2025•济阳区二模)抛物线y=﹣x2+bx+c与x轴交于A(﹣1,0),B(4,0)两点,与y轴交于C点.
(1)求抛物线的解析式;
(2)如图1,连接BC,D是线段BC上一点,BD=3DC,作射线OD交抛物线于点E,H是抛物线上一点,连接OH,若OE平分∠COH,求H点的坐标;
(3)在(2)的条件下,如图2,过点E作EF垂直于x轴于点F,在直线EF上存在点M,使得∠DMB=45°,请直接写出点M的坐标.
【分析】(1)将A、B两点从标代入易求解析式;
(2)OE是∠COH的平分线,用角平分线定理,可求得H.
(3)满足∠DMB=45°,可构造圆,利用圆周角定理求得.
【解答】解:(1)将A(﹣1,0)、B(4,0)代入解析式得:
;解得:.
∴解析式为:y=﹣x2+3x+4.
(2)当x=0时,y=4得C(0,4).
设D(m,n),由BD=3DC可得:
;解得:,即D(1,3).
∴直线OD解析式为:y=3x.
记OH与BC交点G(t,﹣t+4),作GH∥OD交y轴与H.
∴∠COD=∠OHG,∠DOG=∠OGH;
∵OE平分∠COH,即∠COD=∠DOG;
∴∠OHG=∠OGH;
∴OH=OG.
∵GH∥OD,
∴.
∴.
∴=,解得:t1=0(舍),t2=.
∴G(,).
∴OH的解析式为:.
H为抛物线与OH的交点:
;解得: (舍),;
即:H(3,4).
(3)E是抛物线与射线OD的交点:
;解得:(舍);;即:E(2,6).
设M(2,m),以BD为对角线做正方形BPDQ,则P(4,3),Q(1,0)如图2.
当M在⊙P上时,∠DMB=∠DPB=45°;
即:MP==3;解得:m1=3﹣(舍);m2=3+;
当M在⊙Q上时,∠DMB=∠DQB=45°;
即:MQ==3;解得:m3=(舍);m4=﹣;
∴M1(2,3+);M2(2,﹣).
【点评】本题考查了二次函数、一次函数的性质,借助几何知识灵活应用角平分线,才能顺利解题.
2.(2025秋•自贡期末)在△ABC中,AB=AC,过点C作CD⊥BC,垂足为C,∠BDC=∠BAC,AC与BD交于点E.
(1)如图1,∠ABC=60°,BD=6,求DC的长;
(2)如图2,AM⊥BD,AN⊥CD,垂足分别为M,N,CN=4,求DB+DC的长.
【分析】(1)先根据有一个角是60度的等腰三角形式等边三角形,由此可推出∠BAC的度数,再根据直角三角形推出30度角,即可得到线段的关系求解;
(2)根据Rt△BDC和∠BDC=∠BAC,可得到A、B、C、D四点共圆,利用圆周角性质得到角度相等,结合题目条件证明三角形全等得出相等的线段,最后利用等量代换即可求解.
【解答】解:(1)∵∠ABC=60°且AB=AC,
∴△ABC是等边三角形,
∴∠BAC=60°,
∴∠BDC=∠BAC=60°,
∵CD⊥BC,
∴Rt△BDC中,∠DBC=30°,
∴DC=BD=3.
(2)作△BCD的外接圆⊙O,如图所示:
∵CD⊥BC,
∴BD为⊙O直径,
∵∠BDC=∠BAC,
∴A点在⊙O上,
∴∠BAD=90°,
∵AM⊥BD,AN⊥CD,
∠AMB=∠ACN=90°,
∴在△ABM和△ACN中,
∴△ABM≌△ACN,
∴AM=AN,BM=CN,
∵在Rt△AMD和Rt△AND中,
∴Rt△AMD≌Rt△AND,
∴DN=DM,
∴DB+DC=DM+MB+DC=DN+DC+MB=CN+MB=2CN=8.
【点评】本题第一问主要考查等边三角形的判定再结合30角的直角三角形的性质,第二问主要考查隐形圆的问题,利用题目条件得到隐形圆,推出相等的角度用作全等的判定,最后利用线段相等进行等量代换.
3.(2024•雁塔区校级一模)(1)如图1,半径为2的圆O内有一点P,且OP=1,弦AB过点P,则弦AB长度的最大值为 4 ;最小值为 .
(2)如图2,等腰△ABC,AB=12,AC=BC,∠ACB=120°,将△ABC放在平面直角坐标系中,使点A与坐标原点O重合,点B在x轴的正半轴上,在x轴上方是否存在点M,使得∠AMB=60°,且S△AMB=S△ABC?若存在,请确定M的坐标;若不存在,请说明理由.
(3)如图3,△ABC是葛叔叔家的菜地示意图,其中∠ABC=90°,AB=80米,BC=60米,现在他利用周边地的情况,把原来的三角形地拓展成符合条件的面积尽可能大、周长尽可能长的四边形地,用来建鱼塘.已知葛叔叔想建的鱼塘是四边形ABCD,且满足∠ADC=60°,你认为葛叔叔的想法能实现?若能,求出这个四边形鱼塘面积和周长的最大值;若不能,请说明理由.
【分析】(1)当AB为直径时,弦最长;当OP⊥AB时,AB最短,用垂径定理求解即可;
(2)以C为圆心,OC长为半径作⊙C,过C作x轴的平行线交⊙C于M1,M2,点M1,M2即为所求的点;
(3)由题意,AC=100,∠ADC=60°,即点D在优弧ADC上运动,当点D运动到优弧ADC的中点时,四边形鱼塘面积和周长达到最大值,此时△ACD为等边三角形,计算出△ADC的面积和AD的长即可得出这个四边形鱼塘面积和周长的最大值.
【解答】解:(1)如图①,当OP⊥AB时,AB最短,连接OB,
∵OP=1,OB=2,
∴BP=,
∴AB=2BP=,
当AB为直径时,弦最长,为4,
故答案为:4,
(2)如图②,作CH⊥AB于H,
∵AB=12,AC=BC,∠ACB=120°,
∴∠COB=30°,OH=BH=,
∴OH=6,OC=12,
以C为圆心,OC长为半径作⊙C,
过C作x轴的平行线交⊙C于M1,M2,
则∠OMB=∠OCB=60°,且S△AMB=S△ABC,
∴点M1,M2符合题意,
∵点C的坐标为(,6),
∴存在点M,坐标为M1(,6),M2(,6)
(3)如图③,
∵∠ABC=90°,AB=80米,BC=60米,
∴AC=米,
作△AOC,使得∠AOC=120°,OA=OC,以O为圆心,OA长为半径画⊙O,
∵∠ADC=60°,
∴点D在优弧ADC上运动,
当点D是优弧ADC的中点时,四边形ABCD面积和周长取得最大值,
连接DO并延长交AC于H,则DH⊥AC,AH=CH,
∴DA=DC,
∵∠ADC=60°,
∴△ACD为等边三角形,
∴AD=CD=100,
∵AH=CH=50,
∴DH=,
∴这个四边形鱼塘面积最大值为(平方米);
这个四边形鱼塘周长的最大值为100+100+60+80=340(米).
【点评】本题考查了垂径定理,圆周角定理,勾股定理,构造辅助圆是解决本题的关键.
4.(2006秋•海淀区期末)在同一平面直角坐标系中,⊙P上的点(x,y)如表1,直线l上的点(x,y)如表2,
表1
表2
解答下列问题:
(1)直线l和⊙P的交点A和B的坐标分别为 (0,2),(﹣3,﹣1) ;
(2)⊙P的半径的长为 ;
(3)若在坐标轴上存在点M,使得△ABM为直角三角形,∠AMB=90°,求点M的坐标.
【分析】解答本题可以根据表中所给的坐标求出圆的方程.
(1)中,由表直接可得出交点的坐标.
(2)中根据圆的参数方程由坐标求出圆的方程可得圆的半径.
(3)中在坐标轴上存在点M,使∠AMB=90,所以可设M点坐标为(X,0)和(0,Y),再根据勾股定理可求出M的坐标,但求出的点中要排除直线与圆的交点(0,2).
【解答】解:(1)由表1和表2的坐标(x,y)可看出圆P和直线都经过点(﹣3,﹣1)和(0,2),
∴直线和圆的交点A和B的坐标分别为(0,2)和(﹣3,﹣1).
(2)根据圆的方程(x﹣a)2+(y﹣b)2=R2,
以及圆P经过的坐标(0,2),(﹣2,2),(﹣3,﹣1),
可求的圆的方程为(x+1)2+y2=5,
∴圆的半径长为.
(3)∵在坐标轴上存在点M,使△ABM为直角三角形,
∴设M的坐标为(X,0)或(0,Y);
①当M点坐标为(X,0)时,
线段AB==,
线段BM=,
线段AM=;
由勾股定理可得
X=,
∴M点坐标为(,0),(,0)
②当M点坐标为(0,Y)时,
线段BM=,
线段AM=;
由勾股定理可得AM2+BM2=AB2,
Y=2或﹣1,
但由于直线与圆交于(0,2),所以应排除坐标(0,2),
所以M点坐标为(0,﹣1),
所以M点的坐标为(,0),(,0),(0,﹣1).
【点评】本题主要考查了坐标与图形的性质和直线与圆的位置关系,关键是要正确写出圆的方程.在最后一问中要抓住M在坐标轴上这个条件,排除不符合题意的点.
5.(2025•灞桥区校级模拟)问题提出:(1)如图①,△ABC为等腰三角形,∠C=120°,AC=BC=8,D是AB上一点,且CD平分△ABC的面积,则线段CD的长度为 4 .
问题探究:(2)如图②,△ABC中,∠C=120°,AB=10,试分析和判断△ABC的面积是否存在最大值,若存在,求出这个最大值;若不存在,请说明理由.
问题解决:(3)如图③,2025年第九届丝绸之路国际电影开幕式在西安曲江竞技中心举行,主办方要在会场旁规划一个四边形花圃ABCD,满足BC=600米,CD=300米,∠C=60°,∠A=60°,主办方打算过BC的中点M点(入口)修建一条径直的通道ME(宽度忽略不计)其中点E(出口)为四边形ABCD边上一点,通道ME把四边形ABCD分成面积相等并且尽可能大的两部分,分别规划成不同品种的花圃以供影迷休闲观赏.问是否存在满足上述条件的通道ME?若存在,请求出点A距出口的距离AE的长;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)由题意可知,CD是△ABC的中线,利用等腰三角形的性质推出CD⊥AB,利用三角函数求解即可解决问题;
(2)当△ABC的AB边上的高CD最大时,三角形ABC的面积最大,即CD过圆心O,连接AO.求出CD的最大值即可得出答案;
(3)连接DM,BD.首先证明∠BDC=90°,求出BD,推出△BDC的面积是定值,要使得四边形ABCD的面积最大,只要△ABD的面积最大即可,因为BD为定值,∠A为定角=60°,推出当△ABD是等边三角形时,求出四边形ABCD的面积最大值,然后再求出∠MDE=90°,构建方程解决问题即可.
【解答】解:(1)如图①,
∵CD平分△ABC的面积,
∴AD=DB,
∵AC=BC=8,
∴CD⊥AB,∠ACD=∠BCD=∠ACB=60°,
∴CD=ACcs∠ACD=8cs60°=4,
∴CD的长度为4,
故答案为:4;
(2)存在.如图②,
∵AB=10,∠ACB=120°都是定值,
∴点C在上,并且当点C在的中点时,△ABC的面积最大;
连接OC交AB于点D,则CD⊥AB,AD=BD=AB=5,
∠ACD=∠ACB=60°,
∴,=,
∴=,
答:△ABC的面积最大值是;
(3)存在.如图③,连接DM,BD,
∵M是BC的中点,
∴CM=BC=300,
∴CM=CD,
又∵∠C=60°,
∴△CMD是等边三角形,
∴∠MDC=∠CMD=60°,CM=DM=BM,
∴∠CBD=∠MDB=30°,
∴∠BDC=90°,
∴BD=CD•tan60°=米,
在△ABD中,米,∠A=60°为定值,
由(2)可知当AB=AD时,即△ABD为等边三角形时△ABD的面积最大,
此时也为四边形ABCD的最大值(△BDC的面积不变),
Smax=S△BDC+S△BDA==;
∵△ABD是等边三角形,
∴∠ADB=60°,
∴∠ADM=∠ADB+∠BDM=90°,
由,得:
=,
解得:DE=225,
∴AE=AD﹣DE==(米),
答:点A距出口的距离AE的长为米.
【点评】本题是圆的综合题,考查了勾股定理,垂径定理,解直角三角形,等边三角形的判定和性质等知识,解题的关键是理解题意构造辅助圆,灵活运用所学知识解决问题,难度较大,属于中考压轴题.
6.(2025秋•沙坪坝区校级期末)在等腰直角△ABC中,∠ACB=90°,D是线段BC上一点,延长BC至点E,使得CE=CD,过点E作EG⊥AD于点G,交AB于点F.
(1)如图1,连接CG,若AD平分∠BAC,CG=2,求BC的长;
(2)如图2,H是平面内一点,连接AH、DH,DA平分∠EDH,∠BAH=2∠CAD,用等式表示线段BD、BF、DH之间的数量关系,并证明;
(3)如图3,在第(2)问的条件下,CD=2,AC=3,点M为平面内一点,连接BM、DM,满足∠AMD=2∠H,当BM最小时,将△BDM沿着BD翻折到同一平面内得△BDM’,过点E作EK⊥BE,交直线DM’于点K,直接写出线段EK的长度.
【分析】(1)如图1,过点D作DQ⊥AB于Q,利用角平分线性质和等腰直角三角形性质即可求得答案;
(2)如图2,在线段HD上取点N,连接AN,使∠HAN=∠BAD,过点F作FT⊥BC于T,连接AE,利用SAS可证得△ACE≌△ACD,再证明△CAD≌△TEF(AAS),△AHN≌△ABD(AAS),△ADN≌△ADE(SAS),即可得出BD+BF=DH;
(3)如图3,以AD为直径作⊙O,当BM最小时,点M为线段OB与⊙O的交点,如图4,连接OB交⊙O于M,作点M关于BD的对称点M′,连接MM′交BD于L,过点O作OP⊥BC于P,运用勾股定理和相似三角形的判定和性质即可求得答案.
【解答】解:(1)如图1,过点D作DQ⊥AB于Q,
∵AD平分∠BAC,DC⊥AC,DQ⊥AB,
∴DQ=DC=2,
∵△ABC是等腰直角三角形,
∴∠B=∠BAC=45°,
∵∠BQD=90,
∴△BDQ是等腰直角三角形,
∴BD=DQ=2,
∴BC=BD+DC=2+2;
(2)BD+BF=DH;理由如下:
如图2,过点F作FT⊥BC于T,连接AE,
∵CE=CD,∠ACE=∠ACB=90°,AC=AC,
∴△ACE≌△ACD(SAS),
∴∠AEC=∠ADC,∠CAE=∠CAD,AE=AD,
∴∠DAE=2∠CAD,
∵∠BAH=2∠CAD,
∴∠DAE=∠BAH,
∴∠DAE+∠DAB=∠DAB+∠BAH,
即∠EAB=∠DAH,
∵DA平分∠EDH,
∴∠ADH=∠ADE=∠AEB,
∴△AEB≌△ADH(ASA),
∴EB=DH,
即BD+DE=DH,
∵EG⊥AD,
∴∠FET+∠ADC=90°,
∵∠CAD+∠ADC=90°,
∴∠FET=∠CAD,
∵∠AFE=∠FET+∠B=∠CAD+45°,∠EAF=∠CAE+∠BAC=∠CAD+45°,
∴∠AFE=∠EAF,
∴AE=EF=AD,
在△CAD和△TEF中,
,
∴△CAD≌△TEF(AAS),
∴FT=CD=DE,∠ADE=∠AED,
∵△BET是等腰直角三角形,
∴BF=FT=DE,
∴DE=BF,
∴BD+BF=DH;
(3)由(2)知∠H=45°,
如图3,以AD为直径作⊙O,
∵∠AMD=2∠H,
∴∠AMD=90°,
∴点M在⊙O上,
∴当BM最小时,点M为线段OB与⊙O的交点,
如图4,连接OB交⊙O于M,作点M关于BD的对称点M′,连接MM′交BD于L,过点O作OP⊥BC于P,
则OP=AC=,PD=CD=1,BD=BC﹣CD=1,
∴BP=2,
在Rt△ACD中,AD==,
∴OM=,
在Rt△BOP中,OB===,
∴BM=OB﹣OM=﹣=,
∵M与M′关于BD对称,
∴MM′⊥BD,ML=M′L,
∵∠BLM=∠BPO=90°,∠MBL=∠OBP,
∴△BML∽△BOP,
∴==,即==,
∴ML=,BL=,
∴M′L=,DL=BD﹣BL=1﹣=,
∵EK⊥BE,
∴∠DEK=∠DLM′=90°,
∵∠EDK=∠M′DL,
∴△DEK∽△DLM′,
∴=,
∵DE=2CD=4,
∴=,
∴EK=.
【点评】本题是三角形综合题,考查了角平分线性质,等腰直角三角形性质,勾股定理,全等三角形的判定和性质,相似三角形的判定和性质,轴对称变换的性质,与圆有关的最值问题,添加辅助线构造辅助圆是解题关键.
7.(2025秋•宽城区期末)【问题原型】如图①,在⊙O中,弦BC所对的圆心角∠BOC=90°,点A在优弧BC上运动(点A不与点B、C重合),连结AB、AC.
(1)在点A运动过程中,∠A的度数是否发生变化?请通过计算说明理由.
(2)若BC=2,求弦AC的最大值.
【问题拓展】如图②,在△ABC中,BC=4,∠A=60°.若M、N分别是AB、BC的中点,则线段MN的最大值为 .
【分析】(1)根据圆周角定理可知∠A=45°;
(2)当AC为⊙O的直径时,AC最大,由△BOC是等腰直角三角形,求出OC的长,可知直径AC的长;
【问题拓展】画△ABC的外接圆⊙O,连接OB,OC,ON,首先利用三角函数求出OB=,可知AC为直径时,AC最大,此时AC=2OB=,再根据三角形中位线定理即可解决问题.
【解答】解:【问题原型】(1)∠A的度数不发生变化,理由如下:
∵,∠BOC=90°,
∴;
(2)当AC为⊙O的直径时,AC最大,
在Rt△BOC中,∠BOC=90°,
根据勾股定理,得OB2+OC2=BC2,
∵OB=OC,
∴,
∴,
即AC的最大值为;
【问题拓展】如图,画△ABC的外接圆⊙O,连接OB,OC,ON,
则ON⊥BC,∠BON=60°,BN=BC=2,
∴OB=,
∵M、N分别是AB、BC的中点,
∴MN是△ABC的中位线,
∴MN=AC,
∴AC为直径时,AC最大,此时AC=2OB=,
∴MN最大值为,
故答案为:.
【点评】本题是圆的综合题,主要考查了圆周角定理,等腰三角形的性质,三角形中位线定理等知识,明确直径是圆中最大的弦是解题的关键.
8.(2025•沈阳模拟)菱形ABCD中,AB=4,点P是AB上一动点(不与A,B重合),连接PD,点M是射线DP上一点,且∠BMD=∠BAD,连接AM,作∠MAN=∠BAD,交PD于点N.
(1)如图1,若∠BAD=90°,直接写出△AMN的形状;
(2)如图2,若∠BAD=60°,点P是AB的中点,求AN的长;
(3)若∠BAD=60°,直接写出△CBN面积的最小值.
【分析】(1)利用ASA证明△ADN≌△ABM,得AM=AN,可得出结论;
(2)连接BN,由(1)知,△AMN是等边三角形,可证AN∥BM,再利用平行加中点可证明△ANP≌△BMP(AAS),得AN=BM,则四边形AMBN是菱形,则AP⊥MN,从而得出答案;
(3)由(2)同理知∠AND=∠AMB=120°,则点N在以O为圆心,OA为半径的圆上,连接OB,交AD于G.交⊙O于N,此时△BCN的面积最小,利用含30°角的直角三角形的性质即可求出BN的长.
【解答】解:(1)∵∠BAD=∠MAN,
∴∠MAB=∠NAD,
∵四边形ABCD是菱形,
∴AD=AB,
∵∠BMD=∠BAD,∠MPB=∠APD,
∴∠ABM=∠ADN,
∴△ADN≌△ABM(ASA),
∴AM=AN,
∴△AMN是等腰直角三角形;
(2)连接BN,
由(1)△ADN≌△ABM,
∴AM=AN,
∴△AMN是等边三角形,
∴∠AMB=120°,
∴∠AMB+∠MAN=180°,
∴AN∥BM,
∴∠NAB=∠ABM,∠ANM=∠BMN,
∵点P为AB的中点,
∴AP=BP,
∴△ANP≌△BMP(AAS),
∴AN=BM,
∴四边形AMBN是平行四边形,
∵AM=AN,
∴四边形AMBN是菱形,
∴AP⊥MN,
∵AP=AB=2,
∴AN=;
(3)以AD为底边作等腰三角形AOD,使∠AOD=120°,
由(2)同理知∠AND=∠AMB=120°,
∴点N在以O为圆心,OA为半径的圆上,
连接OB,交AD于G.交⊙O于N,此时△BCN的面积最小,
则OG⊥AD,
∴BN⊥BC,
∵AG=DG=2,
∴OG=,BG=2,
∴NB=2+﹣=,
∴△BCN面积的最小值为×4×=.
【点评】本题是四边形综合题,主要考查了菱形的性质,全等三角形的判定与性质,等边三角形的性质,利用定弦定角构造辅助圆是解题的关键.
9.(2025•雁塔区校级三模)问题提出
(1)如图①,已知△ABC为边长为2的等边三角形,则△ABC的面积为 ;
问题探究
(2)如图②,在△ABC中,已知∠BAC=120°,BC=6,求△ABC的最大面积;
问题解决
(3)如图③,某校学生礼堂的平面示意为矩形ABCD,其宽AB=20米,长BC=24米,为了能够监控到礼堂内部情况,现需要在礼堂最尾端墙面CD上安装一台摄像头M进行观测,并且要求能观测到礼堂前端墙面AB区域,同时为了观测效果达到最佳,还需要从点M出发的观测角∠AMB=45°,请你通过所学知识进行分析,在墙面CD区域上是否存在点M满足要求?若存在,求出MC的长度;若不存在,请说明理由.
【分析】(1)作AD⊥BC于D,由勾股定理求出AD的长,即可求出面积;
(2)作△ABC的外接圆⊙O,可知点A在上运动,当A'O⊥BC时,△ABC的面积最大,求出A'H的长,从而得出答案;
(3)以AB为边,在矩形ABCD的内部作一个等腰直角三角形AOB,且∠AOB=90°,过O作HG⊥AB于H,交CD于G,利用等腰直角三角形的性质求出OA,OG的长,则以O为圆心,OA为半径的圆与CD相交,从而⊙O上存在点M,满足∠AMB=45°,此时满足条件的有两个点M,过M1作M1F⊥AB于F,作EO⊥M1F于E,连接OF,利用勾股定理求出OE的长,从而解决问题.
【解答】解:(1)作AD⊥BC于D,
∵△ABC是边长为2的等边三角形,
∴BD=1,
∴AD==,
∴△ABC的面积为×2×=,
故答案为:;
(2)作△ABC的外接圆⊙O,
∵∠BAC=120°,BC=6,
∴点A在上运动,
当A'O⊥BC时,△ABC的面积最大,
∴∠BOA'=60°,BH=CH=3,
∴OH=3,OB=6,
∴A'H=OA'﹣OH=6﹣3=3,
∴△ABC的最大面积为×6×3=9;
(3)存在,以AB为边,在矩形ABCD的内部作一个等腰直角三角形AOB,且∠AOB=90°,
过O作HG⊥AB于H,交CD于G,
∵AB=20米,
∴AH=OH=10米,OA=10米,
∵BC=24米,
∴OG=14米,
∵10>14,
∴以O为圆心,OA为半径的圆与CD相交,
∴⊙O上存在点M,满足∠AMB=45°,此时满足条件的有两个点M,
过M1作M1F⊥AB于F,作EO⊥M1F于E,连接OF,
∴EF=OH=10米,OM1=10米,
∴EM1=14米,
∴OE==2米,
∴CM1=BF=8米,
同理CM2=BH+OE=10+2=12(米),
∴MC的长度为8米或12米.
【点评】本题是四边形综合题,主要考查了等边三角形的性质,矩形的性质,等腰直角三角形的性质,勾股定理,垂径定理等知识,熟练掌握定角定边的基本模型是解题的关键.
10.(2025秋•泗阳县期末)如图,已知AB⊥MN于点B,且AB=10cm,将线段AB绕点B按逆时针方向旋转角α(0≤α≤360°)得到线段BC,过点C作CD⊥MN于点D,⊙O是△BCD的内切圆,直线AO、BC相交于点H.
(1)若α=60°,则CD= 5 cm.
(2)若AO⊥BC
①点H与⊙O的位置关系是 B ;
A.点H在⊙O外
B.点H在⊙O上
C.点H在⊙O内
②求线段AO的长度.
(3)线段AB绕点B按逆时针方向旋转90°,求点O运动的路径长.
【分析】(1)由旋转的性质知BC=BA=10cm,则CD=BC=5cm;
(2)①若⊙O与BC相切于P,则OP⊥BC,则点P与H重合,可得答案;
②延长AO交BD于E,利用∠A=∠CBD=90°﹣α,用α的代数式表示∠AOB和∠ABO,从而解决问题;
(3)在直线BD上取BG=BC,连接OG,以BG为斜边在等腰直角△BFG,利用SAS证明△BOG≌△BOC,得∠BOC=∠BOG,而∠BOC=135°,从而确定点O的运动路径.
【解答】解:(1)∵线段AB绕点B按逆时针方向旋转角α(0≤α≤360°)得到线段BC,
∴BC=BA=10cm,
当α=60°时,∠CBD=30°,
∴CD=BC=5cm,
故答案为:5;
(2)①当AO⊥BC时,
则OH⊥BC,
若⊙O与BC相切于P,
则OP⊥BC,
∴点P与H重合,
∴点H在⊙O上,
故选:B;
②延长AO交BD于E,
∵AO⊥BC,
∴∠A=∠CBD=90°﹣α,
∵⊙O是△BCD的内切圆,
∴BO平分∠CBD,
∴∠OBC=∠CBD=45°﹣α,
∴∠AOB=90°﹣∠OBC=90°﹣(45°﹣α)=45°+α,
∵∠ABO=∠ABC+∠CBO=α+45°﹣α=45°+α,
∴∠AOB=∠ABO,
∴AO=AB=10cm;
(3)如图,在直线BD上取BG=BC,连接OG,以BG为斜边在等腰直角△BFG,
∵∠OBG=∠OBC,OB=OB,
∴△BOG≌△BOC(SAS),
∴∠BOC=∠BOG,
∵∠BCD+∠CBD=90°,
∴∠BCO+∠OBC=45°,
∴∠BOC=135°,
∴∠BOG=135°,
∴点O在以F为圆心、BF为半径的圆上运动,
∵BG=BC=10cm,
∴BF=5cm,
∴当线段AB绕点B按逆时针方向旋转90°时,O运动的路径长为=(cm).
【点评】本题是圆的综合题,主要考查了三角形内切圆的性质,旋转的性质,全等三角形的判定与性质,切线的性质等知识,构造全等三角形得出点O的运动路径是解题的关键,属于中考压轴题.
11.(2025秋•开福区校级期末)如图,在平面直角坐标系中,点M在x轴负半轴上,⊙M与x轴交于A、B两点(A在B的左侧),与y轴交于C、D两点(点C在y轴正半轴上),且,点B的坐标为(3,0),点P为优弧CAD上的一个动点,连结CP,过点M作ME⊥CP于点E,交BP于点N,连结AN.
(1)求⊙M的半径长;
(2)当BP平分∠ABC时,求点P的坐标;
(3)当点P运动时,求线段AN的最小值.
【分析】(1)连接CM,由CD=2OM,CD⊥MB,得CM==2OM,得∠MCO=30°,∠CMO=60°,从而证明结论;
(2)连接AP,过点P作PF⊥AB于F,由BP平分∠ABC,得∠ABP=30°,则AP=,在Rt△PFB中,由∠ABP=30°,得PF=,BF==9,从而得出点P的坐标;
(3)由∠PNE=∠BNM=60°,BM=6,可知点N在以G为圆心,GM为半径的圆上,连接AG,此时AN的最小值为AG﹣GM,再利用勾股定理分别求出AG和GM的长即可.
【解答】解:(1)如图,连接CM,
∵CD=2OM,
∴OM,
∵CD⊥MB,
∴CM==2OM,
∴∠MCO=30°,∠CMO=60°,
∵MC=MB,
∴△CMB为等边三角形,
∵B(3,0),
∴OB=3,
∴MB=2OB=6,
∴⊙M的半径长为6;
(2)连接AP,过点P作PF⊥AB于F,
∵AB为⊙M的直径,AB=2MB=12,
∴∠APB=90°,
∴△APB为直角三角形,
由(1)得△CMB是等边三角形,
∵BP平分∠ABC,
∴∠ABP=30°,
∴AP=,
∴BP==6,
在Rt△PFB中,由∠ABP=30°,
∴PF=,
∴BF==9,
∴OF=BF﹣OB=6,
∴OF=6,PF=3,
∴P(﹣6,3);
(3)∵CD垂直平分MB,
∴在OC上取点G,使∠GMB=30°,连接GM,GB,
∵ME⊥PC,
∴∠PEM=90°,
∵∠CPB=∠CMB=30°,
∴∠PNE=∠BNM=60°,
∴BM=6,
∴点N在以G为圆心,GM为半径的圆上,连接AG,此时AN的最小值为AG﹣GM,
∵BM=6,∠GMB=30°,
∴OG=,GM=2,
在Rt△AOG中,由勾股定理得,AG=,
∴AN的最小值为2﹣2.
【点评】本题是圆的综合题,主要考查了圆周角定理,等边三角形的判定与性质,含30°角的直角三角形的性质,勾股定理等知识,运用定弦对定角确定点N的运动路径是解题的关键.
12.(2025秋•碑林区校级月考)问题发现(1)如图1,在△ABC中,AB=2,∠C=60°,试猜想△ABC面积的最大值为 ;
问题探究(2)如图2,在四边形ABCD中,AB∥DC,∠A=90°,AB=BC,∠C=120°,连接BD,求cs∠ADB的值;
问题解决(3)如图3,在四边形ABCD中,∠ADC=90°,DC=2AD,AB=10,C为AB为直径的半圆上一点,O为圆心,请问四边形ABCD的面积是否存在最大值?若存在,求这个最大值;若不存在,试说明理由.
【分析】(1)作△ABC的外接圆,当C处于点C'时,△ABC面积最大;
(2)连接AC,过点C作CE⊥AB于E,由△ABC为等边三角形,设AB=2m,则AE=m,则CE==m,再证明四边形AECD为矩形,得DA=CE=m,利用勾股定理求出BD===m,从而得出答案;
(3)连接AC,过点D作DH⊥AC于H,过点C作CE⊥AB于E,由△CDA∽△DHA,△ADC∽△DCH,由DH=2AH,CH=2DH,得AH=,DH=,设BE=m,AE=10﹣m,利用m的代数式表示△ACD和△ABC的面积,根据Δ≥0,从而得出S的范围.
【解答】解:(1)作△ABC的外接圆,
∵AB=2,∠C=60°,
∴当C处于点C'时,△ABC面积最大,
∵C'A=C'B,∠C'=60°,
∴△ABC'为等边三角形,边长为2,
过点C'作C'D⊥AB于D,
则AD=1,
∴C'D==,
∴S=,
故答案为:;
(2)如图,连接AC,过点C作CE⊥AB于E,
∵AB∥DC,∠A=90°,
∴∠ADC=90°,
∵∠BCD=120°,
∴∠CBA=60°,
∵AB=BC,
∴△ABC为等边三角形,
设AB=2m,则AE=m,
∴CE==m,
∵∠ADC=∠DAB=∠CEA=90°,
∴四边形AECD为矩形,
∴DA=CE=m,
在Rt△DAB中,
BD===m,
∴cs=;
(3)存在,
如图,连接AC,过点D作DH⊥AC于H,过点C作CE⊥AB于E,
∵∠DAC=∠HAD,∠CDA=∠DHA=90°,∠DCA=∠HCD,
∴△CDA∽△DHA,△ADC∽△DCH,
∵DC=2AD,
∴DH=2AH,CH=2DH,
∴AH=,DH=,
∴S=,
设BE=m,AE=10﹣m,
∵∠B+∠CAB=90°,∠B+∠BCE=90°,
∴∠BCE=∠BAC,
∵∠CEB=∠ACB=90°,
∴△ACB∽△CEB,
∴,
∴BC2=AB•BE,
即AC2+AB•BE=AB2,
∴AC2+AB•(AB﹣AE)=AB2,
∴AC2=AB•AE=10×(10﹣m),
∵∠B+∠ECB=90°,∠ECB+∠ACE=90°,
∴∠B=∠ACE,
∵∠CEB=∠AEC=90°,
∴△CEB∽△AEC,
∴,
∴CE2=AE•EB=m(10﹣m),
∴CE=,
∴S=5,
S四边形ABCD=S△ADC+S△ABC,
S=,
∴S=2(10﹣m)+5,
两边平方整理得:29m2﹣(330﹣4S)m+S2﹣40S+400=0,
Δ=(330﹣4S)2﹣4×29×(S2﹣40S+400)≥0,
整理得:S2﹣20S﹣625≤0,
即(S﹣10)2≤725,
∴﹣5+10+10,
∴S的最大值为5+10.
【点评】本题是四边形综合题,主要考查了相似三角形的判定与性质,等边三角形的判定与性质,一元二次方程根的情况等知识,运用代数方法解决几何问题是解题的关键.
13.(2025秋•扬州月考)在一次数学探究活动中,王老师设计了一份活动单:
“追梦”学习小组通过操作、观察、讨论后汇报:点A的位置不唯一,它在以BC为弦的圆弧上(点 B、C除外),….小华同学画出了符合要求的一条圆弧(如图1).
(1)小华同学提出了下列问题,请你帮助解决.
①该弧所在圆的半径长为 4 ;
②△ABC面积的最大值为 8+4 ;
(2)经过比对发现,小明同学所画的角的顶点不在小华所画的圆弧上,而在如图1所示的弓形外部,我们记为A′,请你利用图1证明∠BA'C<30°.
(3)请你运用所学知识,结合以上活动经验,解决问题:如图2,已知矩形ABCD的边长AB=2,BC=5,点P在直线CD的左侧,且∠DPC=60°,则线段PB长的最小值为 ﹣2 .
【分析】(1)①设圆心为O,连接OB,OC,可得△OBC是等边三角形,则OB=BC=4;
②当AO⊥BC时,S△ABC最大,求出AD的长即可;
(2)设A'B交⊙O于E,由圆周角定理知∠BAC=∠BEC=30°,由∠BEC是△A'EC的外角,则∠BEC>∠A';
(3)作等腰△ODC,使∠COD=120°,以O为圆心,OD为半径作圆,则点P在优弧CD上,连接OB交⊙O于P,此时BP最小,过O作OG⊥CD于G,OH⊥BC于H,利用勾股定理求出BO的长即可.
【解答】解:(1)①设圆心为O,连接OB,OC,
∵∠BAC=30°,
∴∠BOC=60°,
∴△OBC是等边三角形,
∴OB=BC=4,
故答案为:4;
②当AO⊥BC时,S△ABC最大,
此时OD=2,
∴AD=4+2,
∴S△ABC=×BC×AD=(4+2)×4=8+4,
故答案为:8+4;
(2)设A'B交⊙O于E,
由圆周角定理知∠BAC=∠BEC=30°,
∵∠BEC是△A'EC的外角,
∴∠BEC>∠A',
∴∠A'<30°;
(3)如图,作等腰△ODC,使∠COD=120°,以O为圆心,OD为半径作圆,则点P在优弧CD上,连接OB交⊙O于P,此时BP最小,
过O作OG⊥CD于G,OH⊥BC于H,
∵CD=AB=2,
∴CG=CD=,
在Rt△OCG中,∠OCG=30°,
∴OG=1,OC=2,
∴BH=BC﹣CH=5﹣1=4,
∴BO===,
∴BP的最小值为﹣2,
故答案为:﹣2.
【点评】本题是圆的综合题,主要考查了圆周角定理,三角形外角的性质,等边三角形的判定与性质,矩形的性质,勾股定理等知识,运用定弦对定角构造辅助圆是解题的关键.
14.(2025秋•常州期中)如图①,已知线段AB和直线l,用直尺和圆规在l上作出所有的点P,使得∠APB=30°.图②,小明的作图方法如下:
第一步:分别以点A,B为圆心,AB长为半径作弧,两弧在AB上方交于点O;
第二步:连接OA,OB;
第三步:以O为圆心,OA长为半径作圆O,交l于点P1,P2;
所以图中P1,P2即为所求的点.
(1)在图②中,连接P1A,P1B,求证:∠AP1B=30°;
【方法迁移】
(2)如图③,用直尺和圆规在矩形ABCD内作出所有的点P,使得∠BPC=45°;(不写作法,保留作图痕迹)
【深入探究】
(3)已知矩形ABCD,BC=2,P为边AD上的点,若满足∠BPC=45°的点P恰好有1个,求AB的值.
(4)已知矩形ABCD,BC=2,AB=m,P为边AD上的点,若满足∠BPC=45°的点P恰好有两个,直接写出m的取值范围: 2≤m<1+ .
【分析】(1)由圆周角定理可直接证明∠AP1B=∠AOB=30°;
(2)通过尺规作图,①以B、C为圆心,以BC为半径作圆,交AB、DC于E、F,②作BC的中垂线,连接EC,交于O,③以O为圆心,OE为半径作圆,则上所有的点(不包括E、F两点)即为所求;
(3)先画出图形,当⊙O与AD相切且圆心角∠BOC=90°时,满足∠BPC=45°的点P恰有1个,此时可构造直角三角形,通过勾股定理,即可求出m的值;
(4)分情况讨论,①如图4﹣1,当四边形ABCD是正方形时,连接AC,BD,交于点O,则点A,B,C,D在以点O为圆心的圆上,所以当AB=BC=2时,满足∠BPC=45°的点P恰有两个;②如图4﹣2,作等腰直角三角形BOC,再以点O为圆心,OB的长为半径画圆,则当⊙O与AD边相切时,设切点为P,则∠BPC=∠BOC=45°,延长PO交BC于点H,则PH⊥BC,四边形PABH为矩形,通过勾股定理等即可求出AB的长度,即可写出m的取值范围.
【解答】(1)证明:∵OA=OB=AB,
∴△OAB是等边三角形,
∴∠AOB=60°,
由图1知,∠AP1B=∠AOB=30°;
(2)解:如图2,①以B、C为圆心,以BC为半径作圆,交AB、DC于E、F,
②作BC的中垂线,连接EC,交于O,
③以O为圆心,OE为半径作圆,
则上所有的点(不包括E、F两点)即为所求;
(3)解:①如图1,在矩形内作∠BOC=90°,OB=OC,作直线OM⊥BC于M,交AD于P,
则PM⊥AD,∠BPC=∠BOC=45°,
当⊙O与AD相切于点P时,满足∠BPC=45°的点P恰有1个,
∵BC=2,AB=m.
∴OB=OC=,
∵OM=BO=1,OP=OB=,
∴m=OP+OM=+1;
(4)解:①如图4﹣1,当四边形ABCD是正方形时,
连接AC,BD,交于点O,则点A,B,C,D在以点O为圆心的圆上,
∴∠BAC=∠BDC=∠BOC=45°,
∴当AB=BC=2时,满足∠BPC=45°的点P恰有两个,即点A和点D;
②如图4﹣2,作等腰直角三角形BOC,再以点O为圆心,OB的长为半径画圆,则当⊙O与AD边相切时,
设切点为P,则∠BPC=∠BOC=45°,
延长PO交BC于点H,则PH⊥BC,四边形PABH为矩形,OH=BC=BH=1,
∴OB=OH=,
∴PH=PO+OH=OB+OH=+1,
∴AB=PH=+1;
综上所述,m的取值范围为2≤m<1+,
故答案为:2≤m<1+.
【点评】此题是圆的综合题,本题考查了尺规作图,圆周角定理,直线与圆的关系,勾股定理等,解题关键是熟练掌握圆的有关性质及尺规作图的方法,用圆周角定理来处理角度问题.
15.(2025秋•丹阳市期末)【发现】
如图(1),AB为⊙O的一条弦,点C在弦AB所对的优弧上,根据圆周角性质,我们知道∠ACB的度数 不变 (填“变”或“不变”);若∠AOB=150°,则∠ACB= 75 °.爱动脑筋的小明猜想,如果平面内线段AB的长度已知,∠ACB的大小确定,那么点C是不是在某一个确定的圆上运动呢?
【研究】
为了解决这个问题,小明先从一个特殊的例子开始研究.如图(2),若AB=2,直线AB上方一点C满足∠ACB=45°,为了画出点C所在的圆,小明以AB为底边构造了一个等腰Rt△AOB,再以O为圆心,OA为半径画圆,则点C在⊙O上.请根据小明的思路在图(2)中完成作图(要求尺规作图,不写作法,保留作图痕迹,并用2B铅笔或黑色水笔加黑加粗).后来,小明通过逆向思维及合情推理,得出一个一般性的结论,即:若线段AB的长度已知,∠ACB的大小确定,则点C一定在某一个确定的圆上,即定弦定角必定圆,我们把这样的几何模型称之为“定弦定角”模型.
【应用】
(1)如图(3),AB=2,平面内一点C满足∠ACB=60°,则△ABC面积的最大值为 3 .
(2)如图(4),已知正方形ABCD,以AB为腰向正方形内部作等腰△BAE,其中BE=BA,过点E作EF⊥AB于点F,点P是△BEF的内心.
①∠BPE= 135 °,∠BPA= 135 °;
②连接CP,若正方形ABCD的边长为2,则CP的最小值为 ﹣ .
【分析】【发现】根据题意,直接得出答案,利用圆周角定理求出∠ACB;
【研究】先作出AB的垂直平分线,再以垂足为圆心,AB的一半为半径确定出圆心O,即可得出结论;
【应用】(1)先确定出△ABC的外接圆的半径,再判断出点C到AB的最大距离为3,即可得出结论;
(2)①先确定出∠BFE=90°,再判断出∠BEP=∠BEF,∠EBP=∠ABE,最后用三角形的内角和定理,即可得出结论;
②先作出△ABP的外接圆,进而求出外接圆的半径,进而判断出CP最小时,点P的位置,最后构造直角三角形,即可得出结论.
【解答】解:【发现】根据圆周角性质,∠ACB的度数不变,
∵∠AOB=150°,
∴∠ACB=∠AOB=75°,
故答案为:不变,75°;
【研究】补全图形如图1所示,
【应用】(1)如图2,
记△ABC的外接圆的圆心为O,连接OA,OB,
∵∠ACB=60°,
∴∠AOB=2∠ACB=120°,
∵OA=OB,
∴∠OAB=30°,
过点O作OH⊥AB于H,
∴AH=AB=,
在Rt△AHO中,设⊙O的半径为2r,则OH=r,
根据勾股定理得,(2r)2﹣r2=3,
∴r=1(舍去负数),
∴OA=2,OH=1,
∵点C到AB的最大距离h为r+OH=2+1=3,
∴S△ABC最大=AB•h=×2×3=3,
故答案为:3;
(2)①∵EF⊥AB,
∴∠EFB=90°,
∴∠BEF+∠EBF=90°,
∵点P是△BEF的内心,
∴PE,PB分别是∠BEF和∠EBF的角平分线,
∴∠BEP=∠BEF,∠EBP=∠ABP=∠ABE,
∴∠BPE=180°﹣(∠BEP+∠EBP)=180°﹣(∠BEF+∠EBF)=180°﹣×90°=135°;
在△BPE和△BPA中,
,
∴△BPE≌△BPA(SAS).
∴∠BPA=∠BPE=135°,
故答案为:135°,135°;
②如图3,
作△ABP的外接圆,圆心记作点O,连接OA,OB,在优弧AB上取一点Q,连接AQ,BQ,
则四边形APBQ是⊙O的圆内接四边形,
∴∠AQB=180°﹣∠BPA=45°,
∴∠AOB=2∠AQB=90°,
∴OA=OB=AB=,
连接OC,与⊙O相交于点P'此时,CP'是CP的最小值,
过点O作OM⊥AB于M,ON⊥CB,交CB的延长线于N,
则四边形OMBN是正方形,
∴ON=BN=BM=AB=1,
∴CN=BC+BN=3,
在Rt△ONC中,OC==,
∴CP的最小值=CP'=OC﹣OP'=﹣,
故答案为:﹣.
【点评】此题是圆的综合题,主要考查了圆周角定理,等腰直角三角形的性质,内心,构造出圆是解本题的关键.
16.(2024•新城区校级一模)问题提出:
如图1:在△ABC中,BC=10且∠BAC=45°,点O为△ABC的外心,则△ABC的外接圆半径是 5 .
问题探究:
如图2,正方形ABCD中,E、F分别是边BC、CD两边上点且∠EAF=45°,请问线段BE、DF、EF有怎样的数量关系?并说明理由.
问题解决:
如图3,四边形ABCD中,AB=AD=4,∠B=45°,∠D=135°,点E、F分别是射线CB、CD上的动点,并且∠EAF=∠C=60°,试问△AEF的面积是否存在最小值?若存在,请求出最小值.若不存在,请说明理由.
【分析】(1)如图1,作出△ABC的外接圆⊙O,得出OB=sin45°×BC代入计算即可;
(2)延长EB,使BG=DF,连接AG,先证△ABG≌△ADF(SAS),得AG=AF,∠GAB=∠DAF,再证△GAE≌△FAE(SAS),从而有EF=GE=DF+BE;
(3)类比(2)两次全等,可得△AEF中EF边上的高为4,再结合(1)中辅助圆求出EF的最小值解决问题.
【解答】解:(1)如图1,作出△ABC的外接圆⊙O,
∵∠A=45°,
∴∠BOC=90°,
∵BC=10,
∴OB=sin45°×BC=,
故答案为:5.
(2)EF=BE+DF,理由如下:
如图2,延长EB,使BG=DF,连接AG,
∵四边形ABCD是正方形,
∴AB=AD,∠ABG=∠D=90°,
在△ABG和△ADF中,
,
∴△ABG≌△ADF(SAS),
∴AG=AF,∠GAB=∠DAF,
∵∠EAF=45°,
∴∠DAF+∠BAE=45°,
∴∠GAE=45°,
在△GAE和△FAE中,
,
∴△GAE≌△FAE(SAS),
∴EF=GE=DF+BE,
(3)存在最小值,如图3,延长CB,使BG=DF,
∵∠ABC=45°,
∴∠ABG=135°,
∴∠ABG=∠ADF,
又∵AB=AD,
∴△ABG≌△ADF(SAS),
∴∠GAB=∠FAD,AG=AF,
∵∠ABC=45°,∠D=135°,∠C=60°,
∴∠BAD=120°,
∵∠EAF=60°,
∴∠BAE+∠DAF=60°,
∴∠GAE=60°,
∴△GAE≌△FAE(SAS),
在△AEF中,∵∠EAF=60°,AH=4,
∴EF边上的高AK=4,
画△AEF的外接圆⊙O,作OM⊥EF于M,
∵∠EAF=60°,
∴∠EOM=60°,
设OM=x,EM=,OE=2x,EF=2,
∵OM+OA≥AK,
∴x+2x≥4,
∴x≥,
∴EF的最小值为2×,
∴S△AEF的最小值为.
【点评】本题是几何类阅读理解题,考查了三角形的外接圆、三角形全等的判定与性质、三角形面积的最值问题等知识,解决此类问题注意“前为后用,后化为前”的处理策略.
17.(2024•雁塔区模拟)问题深究.
有一块矩形铁皮ABCD,AB=3,BC=2.
(1)如图①,在矩形铁皮ABCD上找一个点E使得△AEB为等边三角形,并求出△AEB的面积.
(2)如图②,在矩形铁皮ABCD上找出所有点F使得∠AFB=45°,并求出△AFB的最大面积.
(3)如图③,工人师傅想用这块矩形铁皮ABCD裁剪出两块全等且面积最大的△AMB和△CND,且∠AMB=∠CND=30°,请在图中画出符合条件的M、N,并求出此时△AMB的面积.
【分析】(1)如图①中,分别以A、B为圆心AB长为半径画弧,两弧交于点E,△ABE即为等边三角形;
(2)如图②中,在BC上取一点H,使得AB=BH,作△ABH的外接圆交AD于M,则当点F在上时,∠AFB=∠AHB=45°,当F是的中点时,△ABF的面积最大;
(3)如图③中,在BC上取一点E,使得∠AEB=30°,在AD上取一点F,使得∠CFD=30°,连接AC,分别作△ABE,△DFC的外接圆交AC于M、N.此时△ABM≌△CDN,且面积最大;
【解答】解:(1)如图①中,分别以A、B为圆心AB长为半径画弧,两弧交于点E,△ABE即为等边三角形.
S△ABE=•32=.
(2)如图②中,在BC上取一点H,使得AB=BH,作△ABH的外接圆交AD于M,则当点F在上时,∠AFB=∠AHB=45°,
当F是的中点时,△ABF的面积最大,最大面积=•3•(+)=.
(3)如图③中,在BC上取一点E,使得∠AEB=30°,在AD上取一点F,使得∠CFD=30°,连接AC,
分别作△ABE,△DFC的外接圆交AC于M、N.此时△ABM≌△CDN,且面积最大,连接EM.
∵AE是直径,
∠AME=∠EMC=90°,∵∠ECM=∠ACB,
∴△ECM∽△ACB,
∴EC:AC=CM:BC,
∵AC==7,EC=2﹣3,
∴(2﹣3):7=CM:2,
∴CM=,AM=7﹣CM=,
∴S△ABM:S△ABC=AM:AC,
∴S△ABM=.
【点评】本题考查四边形综合题、矩形的性质、等边三角形的判定和性质、圆周角定理、相似三角形的判定和性质等知识,解题的关键是灵活运用所学知识解决问题,学会添加辅助圆解决问题,属于中考压轴题.
18.(2024春•泰兴市校级月考)如图1,点A、D是抛物线y=﹣x2+1上两动点,点B、C在x轴上,且四边形ABCD是矩形,点E是抛物线与y轴的交点,连接BE交AD于点F,AD与y轴的交点为点G.设点A的横坐标为a(0<a<1).
(1)若矩形ABCD的周长为3.5,求a的值;
(2)求证:不论点A如何运动,∠EAD=∠ABE;
(3)若△ABE是等腰三角形,
①求点A的坐标;
②如图2,若将直线BA绕点B按逆时针方向旋转至直线l,设点A、C到直线l的距离分别为d1、d2,求d1+d2的最大值.
【分析】(1)由题意y轴是抛物线的对称轴,也是矩形ABCD的对称轴,根据矩形的周长列出方程即可解决问题;
(2)如图1中,首先构建二次函数证明DE⊥BE,再证明A、B、D、E四点共圆,即可解决问题;
(3)①观察图形可知当△AEB是等腰三角形时,只有AE=AB.在Rt△AEG中,根据AE2=EG2+AG2,可得(﹣a2+1)2=(1+a2﹣1)2+a2,求出a即可解决问题.
②如图3中,过点A作AM∥直线l,CP⊥直线l于P,AH⊥直线L于H,延长CP交AM于M.则四边形AHPM是矩形,由PM=AH=d1,推出d1+d2=CP+AH=CP+PM=CM,
所以欲求d1+d2的最大值,只要求CM的最大值即可,当点M与点A重合时CM的值最大.
【解答】解:(1)由题意y轴是抛物线的对称轴,也是矩形ABCD的对称轴,
∴A、D关于y轴对称,
∴DG=AG,
∵A(a,﹣a2+1),
由题意2[2a+(﹣a2+1)]=3.5,
解得a=或(舍弃),
∴a=.
(2)如图1中,
∵A(a,﹣a2+1),E(0,1),D(﹣a,﹣a2+1),
∴直线EB的解析式为y=﹣x+1,直线DE的解析式为y=ax+1,
∵﹣×a=﹣1,
∴DE⊥EB,设BD交OE于P,
∵PG∥AB,DG=GA,
∴DP=PB,
∴PD=PE=PA=PB,
∴A、B、D、E四点共圆,
∵=,
∴∠EAD=∠ABE.
(3)观察图形可知当△AEB是等腰三角形时,只有AE=AB.
在Rt△AEG中,∵AE2=EG2+AG2,
∴(﹣a2+1)2=(1+a2﹣1)2+a2,
解得a=或﹣(舍弃),
∴点A(,);
②如图3中,过点A作AM∥直线l,CP⊥直线l于P,AH⊥直线L于H,延长CP交AM于M.则四边形AHPM是矩形,
∴PM=AH=d1,
∴d1+d2=CP+AH=CP+PM=CM,
欲求d1+d2的最大值,只要求CM的最大值即可,
在Rt△ACM中,CM<AC,
∴当点M与点A重合时CM的值最大,此时CM=CA,
∴d1+d2的最大值=AC===.
【点评】本题考查二次函数综合题、一次函数的性质、矩形的性质、圆的有关知识、勾股定理等知识,解题的关键是学会添加辅助圆,利用圆的有关知识解决问题,学会用转化的思想思考问题,属于中考压轴题.
19.(2024秋•泰兴市期末)如图,在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AB=10,sinB=,点E在边AC上,过点E作EF⊥AB交AB于点F,EH∥AB交BC于点H,边点H作HG⊥AB于点G,设EF=x.
(1)当x为何值时,△AEF与△CEH全等,并说明理由;
(2)点P为EH上一点,且∠FPG=90°,求x的取值范围.
【分析】(1)由△AFE∽△ACB,推出==,推出==,推出AE=x,AF=x,EC=6﹣x,由△AEF与△CEH全等,∠A=∠CEH,推出EC=AF,可得6﹣x=x,解方程即可.
(2)以FG为直径作⊙O,作OM⊥EH于M.当OM≤OF时,EH上存在点P,使得∠FPG=90°,列出不等式即可解决问题.
【解答】解:(1)在Rt△ABC中,∵BC=10,sinB=,
∴AC=6,BC=8,
∵∠A=∠A.∠AFE=∠C=90°,
∴△AFE∽△ACB,
∴==,
∴==,
∴AE=x,AF=x,EC=6﹣x,
∵△AEF与△CEH全等,∠A=∠CEH,
∴EC=AF,
∴6﹣x=x,
∴x=3.
(2)以FG为直径作⊙O,作OM⊥EH于M.
当OM≤OF时,EH上存在点P,使得∠FPG=90°,
∵△CEH∽△CAB,
∴=,
∴EH=(6﹣x),
∴x≤((6﹣x),
∴x≤,∵x>0,
∴0<x≤.
【点评】本题考查相似三角形的判定和性质、矩形的性质、解直角三角形、圆的有关知识,解题的关键是学会用方程的思想思考问题,学会利用辅助圆解决直角问题,属于中考常考题型.
20.(2024秋•秦淮区校级月考)如图,函数y=﹣x+2的图象与坐标轴交于A、B两点,在x轴上有点M(a,0),点N(a﹣,0),P为直线AB上一动点.
(1)∠ABO= 60 °;当△MPN为等边三角形时,a的值是 2或2+ ;
(2)当△MPN为直角三角形时,在图②中用尺规画出所有符合条件的点P(不写画法,保留作图痕迹);
(3)当∠MPN=30°时,则a的取值范围为 0≤a≤4+ .
【分析】(1)先求出A、B两点坐标,求出tan∠ABO的值,即可解决问题.当△PMN是等边三角形时,分两种情形讨论点M的位置即可.
(2)分三种情形画出图形即可.
(3)如图③中,假设⊙O′经过点M、N,并且与直线AB相切,切点为P,∠MPN=30°,连接O′M,O′N,O′P,作OG⊥PN于G,PH⊥OB于H.想办法求出点M的位置,再根据对称性确定点M在直线AB右侧的位置即可解决问题.
【解答】解:(1)对于直线y=﹣x+2,
令x=0则y=2,令y=0则x=2,
∴A(0,2),B(2,0),
∴OA=2,OB=2,
∴tan∠ABO===,
∴∠ABO=60°,
如图①中,当M与B重合时,△PMN可能是等边三角形,此时a=2,
当点N与B重合时,△PMN可能是等边三角形,此时a=2+,
∴当△MPN为等边三角形时,a的值是2和2+.
故答案分别为60,2或2+.
(2)符合条件的点P如图所示,
.
(3)如图③中,假设⊙O′经过点M、N,并且与直线AB相切,切点为P,∠MPN=30°,连接O′M,O′N,O′P,作MG⊥PN于G,PH⊥OB于H.
∵∠MO′N=2∠MPN=60°,O′N=O′M,
∴△O′MN是等边三角形,
∴O′P=O′M=O′N=MN=,∠O′MN=∠ABO=60°,
∴AB∥O′M,
∵O′P⊥AB,
∴O′P⊥O′M,
∴∠PO′M=90′,
∴PM=O′P=,
∴∠PNM=∠PO′M=45°,
∴GN=GM=,PG=GM=,
∴PN=,
∴NH=PH=,BH=,
∴NB=NH+BH=2+,
∴BM=BN﹣MN=2+﹣=2,
∴点M与点O重合,此时a=0,
当⊙O′在直线AB右侧时,同理可得BN=2,OM=4+,此时a=4+,
∴当∠MPN=30°时,则a的取值范围0≤a≤4+.
故答案为0≤a≤4+.
【点评】本题考查一次函数综合题、等边三角形的性质、直角三角形的判定和性质、直线与圆的位置关系等知识,解题的关键是学会添加常用辅助线,构造辅助圆解决问题,属于中考压轴题.
x
…
﹣3
﹣2
﹣1
0
1
…
y
…
﹣1
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2
﹣1
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0
1
2
3
已知线段BC=4,使用作图工具作∠BAC=30°,尝试操作后思考:
(1)这样的点A唯一吗?
(2)点A的位置有什么特征?你有什么感悟?
x
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﹣2
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已知线段BC=4,使用作图工具作∠BAC=30°,尝试操作后思考:
(1)这样的点A唯一吗?
(2)点A的位置有什么特征?你有什么感悟?
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