巧用四点共圆寻找等量关系(2020年武汉第24题)
给你一个圆,在圆周上任意找四个点,容易之极;反过来,平面上任意四个点,是否在同一个圆上?就这比较麻烦了,我们的判断方法有多种,可以从定义出发,如果这四个点到某个点的距离相等,或者说这四个点围成的四边形对角互补,那么便能判断四点共圆。
共圆的好处是引入了新的图形——圆,于是在圆的相关性质加持下,解决问题就有了新的途径。
题目
将抛物线C:y=(x-2)²向下平移6个单位长度得到抛物线C1,再将抛物线C1向左平移2个单位长度得到抛物线C2.
(1)直接写出抛物线C1,C2的解析式;
(2)如图1,点A在抛物线C1对称轴l右侧上,点B在对称轴l上,△OAB是以OB为斜边的等腰直角三角形,求点A的坐标;
(3)如图2,直线y=kx(k≠0,k为常数)与抛物线C2交于E,F两点,M为线段EF的中点,直线y=-4x/k与抛物线C2交于G,H两点,N为线段GH的中点,求证:直线MN经过一个定点.
解析:
(1)揪住顶点坐标再来看平移,是最简单的方法,C1为y=(x-2)²-6,C2为y=x²-6;
(2)请注意“以OB为斜边的直角三角形”,并联想到直角三角形斜边上的中线等于斜边的一半,更进一步想到直角三角形一定存在一个外接圆,且圆心恰好就是斜边中点。
有以上基础,后面的问题便好解决了,如下图:
当点A在x轴上方时,对于Rt△OBD和Rt△OBA,斜边都是OB,于是它们的外接圆圆心都是OB中点,且直径也是OB,因此A,B,O,D四点共圆,过点A作AK⊥x轴;
共圆的好处就是角度转换可以利用圆周角相等了,∠AOB=∠ADB=45°,于是得到∠ADK=45°,发现△ADK也是等腰直角三角形,不妨设A(x,x²-4x-2),则AK=DK=x²-4x-2,OK=x,得方程x-2=x²-4x-2,解得x=0或x=5,由于点A在对称轴x=2右侧,因此A(5,3);
当点A在x轴下方时,如下图:
方法与前一种情况类似,只是在列方程的时候注意符号,x-2=-(x²-4x-2),解得x=-1或x=4,由于点A在对称轴x=2右侧,因此A(4,-2);
(3)抛物线解析式已知,直线解析式中含参数k,因此基本思路是将点坐标用含k的代数式表示出来,然后表示出直线MN的解析式,根据解析式的特点判断是否经过定点,如下图:
首先联立直线EF和抛物线C2,得出点E,F坐标,再利用中点公式得到点M坐标,类似的,得到点N坐标,再表示直线MN的解析式,推导如下:
从MN的解析式可以看出来,它经过定点(0,2).
解题反思
今年武汉地区受疫情影响严重,因此压轴题难度比去年有所降低,但作为选拔性考试,依然需要一定思维突破,而第2小题的难点就是想到利用四点共圆,从而得到等腰直角三角形,再利用它寻找数量关系;第3小题考察了学生对中点公式的理解和韦达定理的使用,对于含参二次函数,大胆设元,仔细推导才能顺利求解。
对于四点共圆,和我们通常所说的隐圆有异曲同工之妙,多数时候学生习惯于在全等和相似中找角的等量关系,而在圆中,则要习惯于看圆周角所对的弧,只有心中有圆,才能体会其中的妙处,这对平时课堂教学也提出更高要求,毕竟学生这些能力的培养,都要通过一节节扎实高效的数学课堂来实现。
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