近年来以几何图形的运动为载体,求几何图形在运动过程中,图形上某一动点所经过的路径的长度在各类几何试卷中频频出现。解决这类问题时,首先要弄清点在运动过程中,其路径的形状是什么图形,计算出动点运动的起点和终点,再根据相关计算公式计算出路径的长度。
类型1 路径为线段
例1.(2018秋•江汉区校级月考)如图,Rt△ABC中,AB=AC=3,点D是AB上一点,以CD为边作等边△CDE,使A、E位于BC异侧.当D点从A点运动到B点,E点运动的路径长为( )
A.3B.2√2C.3√2D.3√3
【分析】如图,作等边三角形△BCH,连接EH.由△DCB≌△ECH(SAS),推出BD=EH,可得点E的运动轨迹=线段AB的长=3;
【解答】如图,作等边三角形△BCH,连接EH.
∵△CDE,△BCH都是等边三角形,
∴∠DCE=∠BCH,∴∠DCB=∠ECH,
∵CD=CE,CB=CH,∴△DCB≌△ECH(SAS),∴BD=EH,
∴点E的运动轨迹=线段AB的长=3,故选:A.
【点评】本题考查等边三角形的性质,全等三角形的判定和性质,轨迹等知识,解题的关键是正确寻找点E的运动轨迹,属于中考常考题型.
例2.(2018秋•东营区校级月考)如图,等腰Rt△ABC中,斜边AB的长为2,O为AB的中点,P为AC边上的动点,OQ⊥OP交BC于点Q,M为PQ的中点,当点P从点A运动到点C时,点M所经过的路线长为_______
【分析】连接OC,OM、CM,如图,利用斜边上的中线性质得到OM=1/2PQ,CM=1/2PQ,则OM=CM,于是可判断点M在OC的垂直平分线上,则点M运动的轨迹为△ABC的中位线,然后根据三角形中位线性质求解.
【解答】如图,连接OC,OM、CM,
∵M为PQ的中点,∴OM=1/2PQ,CM=1/2PQ,∴OM=CM,
∴点M在OC的垂直平分线上,∴点M运动的轨迹为△ABC的中位线,
∴点M所经过的路线长=1/2AB=1.故答案为1.
【点评】本题考查了轨迹:通过计算确定动点在运动过程中不变的量,从而得到运动的轨迹.也考查了等腰直角三角形的性质.
例3.(2018秋•赣榆区期中)如图,线段AB上有C、D两点,AB=6,AC=BD=1,点P是线段CD上的一个动点,分别以PA、PB为斜边在线段AB的同侧作等腰直角三角形MAP和等腰直角三角形NBP,连接MN,当点P从点C运动到点D的过程中,△PMN的外接圆圆心经过的路程是_______.
【分析】分别延长AM、BN交于点F,易证△MPN是直角三角形,即△PMN的外接圆圆心是MN的中点O,由于四边形MPNF为平行四边形,得出O为PF中点,设点P从距离A点1cm处C沿AB向右运动至距离B点1cm处N,则O的运行轨迹为△CDF的中位线GH.运用中位线的性质求出GH的长度即可.
【解答】如图,分别延长AM、BN交于点F.
∵△AMP和△PNB都是等腰直角三角形,且∠AMP=∠BNP=90°
∵∠A=∠APM=∠BPN=∠B=45°,
∴∠MPN=90°,∴△MPN是直角三角形,
∴△PMN的外接圆的圆心是MN的中点O,
∵∠A=∠BPN,∴AF∥PN,
同理,PM∥BN,∴四边形MPNF为平行四边形,∴PF与MN互相平分.
∵O为MN的中点,
∴O为PF中点,即在P的运动过程中,O始终为FP的中点,所以O的运行轨迹为三角形FCD的中位线G,.
∵CD=AB﹣AC﹣BD=6﹣1﹣1=4,
∴GH=1/2CD=2,即,△PMN的外接圆圆心经过的路程是2.
故答案为:2.
【点评】本题考查了等腰直角三角形的性质、三角形中位线的性质、平行四边形的判定和性质,以及动点问题,是中考的热点,解题的关键是正确寻找点R的运动轨迹,属于中考填空题中的压轴题.
类型2 路径为圆弧
例4.(2018秋•江都区校级月考)如图,AB为⊙O的直径,且AB=4,点C在半圆上,OC⊥AB,垂足为点O,P为半圆上任意一点,过P点作PE⊥OC于点E,设△OPE的内心为M,连接OM、PM.当点P在半圆上从点B运动到点A时,内心M所经过的路径长为_______.
【分析】分两种情况,当点M在扇形BOC和扇形AOC内,先求出∠CMO=135°,进而判断出点M的轨迹,再求出∠OO'C=90°,最后用弧长公式即可得出结论.
【解答】∵△OPE的内心为M,∴∠MOP=∠MOC,∠MPO=∠MPE,
∴∠PMO=180°﹣∠MPO﹣∠MOP=180°﹣1/2(∠EOP ∠OPE),
∵PE⊥OC,即∠PEO=90°,
∴∠PMO=180°﹣1/2(∠EOP ∠OPE)=180°﹣1/2(180°﹣90°)=135°,
如图,∵OP=OC,OM=OM,而∠MOP=∠MOC,
∴△OPM≌△OCM(SAS),∴∠CMO=∠PMO=135°,
所以点M在以OC为弦,并且所对的圆周角为135°的两段劣弧上(弧OMC和弧ONC);点M在扇形BOC内时,过C、M、O三点作⊙O′,连O′C,O′O,
在优弧CO取点D,连DA,DO,
∵∠CMO=135°,∴∠CDO=180°﹣135°=45°,
∴∠CO′O=90°,而OA=2cm,
【点评】本题考查了弧长的计算公式,三角形内心的性质、三角形全等的判定与性质、圆周角定理和圆的内接四边形的性质,解题的关键是正确寻找点M的运动轨迹,属于中考选择题中的压轴题.
例5.(2018秋•柯桥区期中)如图,一块∠BAC为30°的直角三角板ABC的斜边AB与量角器的直径恰好重合,点E在量角器的圆弧边缘处从A到B运动,连接CE,交直径AB于点D.
(1)当点E在量角器上对应的刻度是90°时,则∠ADE的度数为_____ ;
(2)若AB=8,P为CE的中点,当点E从A到B的运动过程中,点P也随着运动,则点P所走过的路线长为______
【分析】(1)连接OE.根据∠ACE=1/2∠AOE=45°,∠ADE=∠A ∠ACE求解即可;
(2)连接OP,设OC的中点为O′.由PE=PC,推出OP⊥EC,推出∠OPC=90°,推出点P的运动轨迹是以OC为直径的半圆,由此即可解决问题;
【解答】(1)如图,连接OE.
∵直角三角板ABC的斜边AB与量角器的直径恰好重合,∴点A,E,B,C共圆,
∵点E对应的刻度是90°,∴∠AOE=90°,
∴∠ACE=1/2∠AOE=45°,∴∠ADE=∠A ∠ACE=75°.故答案为75°.
(2)连接OP,设OC的中点为O′.
∵PE=PC,∴OP⊥EC,∴∠OPC=90°,
∴点P的运动轨迹是以OC为直径的半圆,
∵OC=1/2AB=4,∴OO′=1/2OC=2,
∴点P的运动路径的长为π•2=2π,故答案为2π
【点评】本题考查轨迹,圆周角定理,垂径定理等知识,解题的关键是灵活运用所学知识解决问题,学会正确寻找点的运动轨迹,属于中考常考题型.
方法总结:在点的运动中,点的位置在不断变化,由此引发的是许多线段的长度和位置也随之改变,而解决数学问题则需要在这个变化过程中,寻找其变化规律以及不随点的运动而改变的性质。
中考中关于点的运动轨迹形状,通常有两种可能,一是轨迹是线段,如在坐标系中只要求出两端点的坐标就可求得路径长;二是轨迹为圆弧,此时先确定圆弧所在圆心半径,再确定圆心角就可利用弧长公式求得路径长,
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