避开切线判定的小陷阱关键在于深刻理解直线与圆的位置关系

怎样确定线和圆的位置关系(避开切线判定的小陷阱关键在于深刻理解直线与圆的位置关系)(1)

在直线与圆的三种位置关系中,直线与圆相切经常出现在压轴题的证明过程中,由于平时教学过程中,相关例题和习题的难度普遍较低,许多学生便认为自己“掌握”了切线的判定,殊不知,题目文字描述稍加变动,理解不够深的就容易出现偏差,落入题目设置的陷阱,恰恰那些自以为掌握了的学生,连错误都发现不了,更谈不上正确解答,甚至在老师讲完题目,脑子里都没回过神。

题目

如图,抛物线y=(x m)² m与直线y=-x交于E、C两点(点E在点C左边),抛物线与x轴交于A、B两点(点A在点B左边),△ABC的外接圆⊙H与直线y=-x交于点D。

(1)若抛物线与y轴交点为(0,2),求m的值;

(2)求证:⊙H与直线y=1相切;

(3)若DE=2EC,求⊙H的半径。

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解析:

(1)从来感觉第1小题就是送分题,貌似这次也是,且慢!前方有坑。基本操作是将点坐标(0,2)代入二次函数解析式,然后得到一个于关于m的一元二次方程,解得m1=1,m2=-2,到底取哪个?再次观察题目条件和图形,接下来两条路可选,第一,看抛物线,要想它与x有两个交点,由于它本身开口向上,因此顶点必须在x轴下方,二次函数本身就给的是顶点式,可直接得到顶点坐标(-m,m),所以判断m=-2;第二,抛物线与x轴有两个交点,还能联想到判别式,将函数解析式化成一般式,求△同样达到目的。

(2)判断直线与圆的位置关系,按定义,分别求出圆心到直线的距离d和半径r,然后比较二者大小即可。基于这个思路,我们可作出抛物线的对称轴,猜测点C、H应该在这条直线上。下面来验证,如下图:

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辅助线的作法很关键,但先要解决一个问题,即点C是否为抛物线顶点,题目条件中只告知点C是直线与抛物线的交点,由这句话出发,联立方程(x m)² m=-x,整理得x² (2m 1)x m(m 1)=0,解得x1=-m,x2=-m-1,由点E、C的位置关系可知两点坐标分别为E(-m-1,m 1),C(-m,m),于是确定点C为抛物线顶点。现在过点C作CF⊥AB,根据作法,CF一定是抛物线对称轴,△ABC为等腰三角形,接着解决点H是否在CF上的问题,点H为圆心,点A、B在圆上,因此点H到A、B两点的距离相等,即点H在AB的垂直平分线上,即H在CF上,CF与y=1交于点F,此时圆心到直线y=1的距离即为HF,半径为CH,现在目标明确,证明CH=HF即可。

设CH=AH=r,HF=d,由点C坐标先表示CF=1-m,则d=1-m-r

,GH=-m-r,抛物线与x轴两个交点A、B坐标可表示,并求得AB=2√-m,于是在Rt△AGH中,由勾股定理列式AH²=GH² AG²,将上述表示出的结果代入,得r²=(-m-r)² (√-m)²,整理得m=1-2r,再代入距离d中,得d=1-(1-2r)-r=r,由此可知⊙H与直线y=1相切。

(3)直线y=-x的特殊之处在于,它与抛物线对称轴的夹角为45°,于是可以构造出等腰直角三角形,例如△CDF,而在上一小题中,我们可知CF为直径,即点H为CF中点,于是DH为其斜边上的中线,又是三线合一,因此DH⊥CF,上述准备工作完成后,我们来看条件DE=2EC,在第2小题中,我们已经获得E点和C点坐标,于是过点E也向CF作垂线EM,如下图:

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现在我们得到等腰直角△CEM和等腰直角△CDH,由纵坐标之差为1得到CM=1,于是CE=√2,DE=2√2,所以CD=3√2,最后得到CH=3,即半径为3.

解题反思

关于直线与圆相切的判定,其实最根本的莫过于用定义来判定,即d=r,在题目图中并没有给出点F的前提下,学生思维很容易陷入那儿就有一个交点,更进一步那个交点就是切点,先入为主地把点F给确定了,因此很多错误在于“连接CF,使CF与y=1垂直”,或者“作y=1的垂线CF,且点F刚好在圆上”,呈现出思维上的混乱。而本题中,还存在更多干扰,例如点C是否为顶点,圆心H是否在对称轴上等等,一个不留神,这些陷阱便会导致解题错误。因此对于平时教学来讲,概念和定义的教学一定要让学生深刻理解,经历概念形成的过程,才能真正理解。在这种课型中,避免“短平快”式的教学方式。

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