本文内容选自2021年背景中考数学压轴题。以平面直角坐标系为背景,考查旋转、圆有关的位置问题以及线段最值等。
【中考真题】
(2021·北京)在平面直角坐标系xOy中,⊙O的半径为1.对于点A和线段BC,给出如下定义:若将线段BC绕点A旋转可以得到⊙O的弦B′C′(B′,C′分别是B,C的对应点),则称线段BC是⊙O的以点A为中心的“关联线段”.
(1)如图,点的横、纵坐标都是整数.在线段中,⊙O的以点A为中心的“关联线段”是 ;(2)△ABC是边长为1的等边三角形,点A(0,t),其中t≠0.若BC是⊙O的以点A为中心的“关联线段”,求t的值;
(3)在△ABC中,AB=1,AC=2.若BC是⊙O的以点A为中心的“关联线段”,直接写出OA的最小值和最大值,以及相应的BC长.
【分析】
(1)根据已知条件中的新定义,进行逐一判断。确定旋转后是否可以落在圆上。
(2)由于是等边三角形,且点A在y轴上,旋转后AB′=AC′,可以得到AO垂直平分B′C′,就可以确定点B′与C′的位置了,进而确定t的值。
(3)本题属于压轴一问,有一定难度。不过根据新定义,可以得到四个点O、A、B′、C′组成的图形的样子。
点O到B′、C′的距离是相等为1,而点A到他们的距离也是确定的。根据四边形的不稳定性,可以确定OA的最大值与最小值,画出图形,再求B′C′的长即可。
【答案】解:(1)由旋转的旋转可知:AB=AB′,AC=AC′,∠BAB′=∠CAC′,
由图可知点A到圆上一点的距离d的范围为1≤d1,
∵,
∴点 不可能在圆上,
∴不是⊙O的以A为中心的“关联线段”,
∵,
∴,
∴是⊙O的以A为中心的“关联线段”,
∵,
当,
由图可知此时不在圆上,
∴不是⊙O的以A为中心的“关联线段”.
故答案为;.(2)∵△ABC是边长为1的等边三角形,根据旋转的性质可知△AB′C′也是边长为1的等边三角形,∵A(0,t),
∴B′C′⊥y轴,且B′C′=1,
∴AO为B′C′边上的高,且此高的长为,
∴t或.(3)由旋转的性质和“关联线段”的定义,可知AB′=AB=OB′=OC′=1,AC′=AC=2,如图1,利用四边形的不稳定性可知,当A,O,C′在同一直线上时,OA最小,最小值为1,如图2,此时OA=OB′=OC′,
∴∠AB′C=90°,
∴B′C′.当A,B′,O在同一直线上时,OA最大,如图3,此时OA=2,过点A作AE⊥OC′于E,过点C′作C′F⊥OA于F.
∵AO=AC′=2,AE⊥OC′,
∴OE=EC′,
∴AE,
∵·AO·C′F·OC′·AE,
∴C′F,
∴OF,
∴FB′=OB′﹣OF,
∴B′C′.
综上OA的最小值为1时,此时BC的长为,OA的最大值为2,此时BC的长为.
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