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下面是一道2010年深圳市中考数学压轴题:
如图1,以点M(-1,0)为圆心的圆与y轴、x轴分别交于点A,B,C,D,直线y=-33x-533与⊙M相切于点H,交x轴于点E,交y轴于点F.
(1)请直接写出OE,⊙M的半径r,CH的长;
(2)如图2,弦HQ交x轴于点P,且DP∶PH=3∶2,求cos∠QHC的值;
(3)如图3,点K为线段EC上一动点(不与E,C重合),连接BK交⊙M于点T,弦AT交x轴于点N.是否存在一个常数a,始终满足MN•MK=a?如果存在,请求出a的值;如果不存在,请说明理由.
本题考查了一次函数、切线的性质、相似三角形的判定和性质、三角函数、垂径定理、圆周角定理及推论等知识,在解题过程中需要构造直角三角形,运用到转化思想、方程思想和函数思想,第(3)问考查动点问题中的定值问题,寻找变化中的不变规律,是一道非常有研究价值的中考好题.下面就第(3)问的解答方法进行归纳:证明等积式的常用方法是证明线段所在的两个三角形相似,解决本题的关键是构造与线段MN和MK有关的两个相似三角形.本题可构造下列几对相似三角形来加以证明:(1)△MNT和△MTK;(2)△MNA和△MAK;(3)△MNB和△MBK;(4)△MNA和△MBK;(5)△MNB和△MAK.
每对相似三角形的证明都可以采用下列8种方法:(以△MNT和△MTK为例)
证法1 如图4,连接TM并延长交⊙M于G,连接AG,则∠G+∠GTA=90°,∠OBK=∠G.∵∠OBK+∠BKO=90°,∴∠GTA=∠BKO.∵∠NMT=∠TMK,∴△MNT∽△MTK,∴MNMT=MTMK,即MN•MK=MT2=4.故存在常数a,始终满足MN•MK=a,常数a=4.
证法2 如图5,连接TM并延长交⊙M于G,连接BG,则∠ABG+∠KBO=90°,∠KBO+∠BKO=90°,∴∠ABG=∠BKO.∵∠ATG=∠ABG,∴∠GTA=∠BKO,即∠MTN=∠MKT.(其余步骤同证法1)
证法3 如图6,连接TM,AM并延长AM交⊙M于G,连接TG,则∠G+∠GAT=90°,∠OBK=∠G.∵∠OBK+∠BKO=90°,∴∠GAT=∠BKO.∵MA=MT,∴∠GAT=∠MTN,∴∠MTN=∠BKO.(其余步骤同证法1)
证法4 如图7,连接TM,AM并延长AM交⊙M于G,连接BG,则∠GBA=∠AOK=90°,∴BG∥OK,∴∠GBT=∠BKO.∵MA=MT,∴∠GAT=∠MTN.∵∠GBT=∠GAT,∴∠MTN=∠BKO.(其余步骤同证法1)
证法5 如图8,连接TM,BM并延长BM交⊙M于G,则G与H重合,连接AH,则∠BOK=∠HAB=90°,∴AH∥OK,∴∠HAT=∠ANO.∵MB=MT,∴∠MBT=∠MTB.∵∠HAT=∠HBT,∴∠ANO=∠MTB,∴∠MNT=∠MTK.∵∠NMT=∠TMK,∴△MNT∽△MTK,∴MNMT=MTMK.即MN•MK=MT2=4,故存在常数a,始终满足MN•MK=a,常数a=4.
证法6 如图9,连接TM,BM并延长BM交⊙M于G,则G与H重合,连接TH,则∠BHT+∠HBT=∠NAO+∠ANO=90°.∵∠NAO=∠BHT,∴∠HBT=∠ANO.∵MB=MT,∴∠MBT=∠MTB,∴∠ANO=∠MTB,∴∠MNT=∠MTK.
证法7 如图10,连接TM,AM,作MG⊥AT于G,则∠GMT+∠MTG=90°,∠ABK=∠GMT=12∠AMT.∵∠ABK+∠BKO=90°,∴∠MTG=∠BKO.(其余步骤同证法5)
证法8 如图11,连接TM,AM和MB,则∠BMO=∠ATB=12∠AMB.∵MT=MB,∴∠MTB=∠MBT.∵∠BMO=∠MBK+∠BKO,∠ATB=∠MTB+∠MTN,∴∠BKO=∠MTN.(其余步骤同证法5)
综上可知,本题有四十余种证明方法可供学生选择,有利于学生发挥出自己的水平,避免“华山一条路”造成的思维短路,这是一道好的中考压轴题应具备的条件.
本题方法虽多,但辅助线的作法只有三种:作圆的半径、直径或垂径,以便于寻找角的等量关系,教学时关键是如何帮助学生弄清不同解法之间的区别和联系,找出添加辅助线的规律,形成清晰的解题思路,才能提高分析问题和解题的能力.
为了帮助学生巩固所学知识,我们还可从下面几个方面进行拓展:
1.当点K在射线CE上运动时,问题(3)中结论是否仍成立?说明理由.
2.当点K在线段CD上运动时,直线BK交⊙O于T,连接AT并延长交x轴于点N,是否存在一个常数a,满足MN•MK=a?如果存在,请求出a的值;如果不存在,请说明理由.
3.当点K在x轴上运动时,直线BK交⊙O于T,连接AT并延长交x轴于点N,是否存在一个常数a,始终满足MN•MK=a?如果存在,请求出a的值;如果不存在,请说明理由.
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
如图1,以点M(-1,0)为圆心的圆与y轴、x轴分别交于点A,B,C,D,直线y=-33x-533与⊙M相切于点H,交x轴于点E,交y轴于点F.
(1)请直接写出OE,⊙M的半径r,CH的长;
(2)如图2,弦HQ交x轴于点P,且DP∶PH=3∶2,求cos∠QHC的值;
(3)如图3,点K为线段EC上一动点(不与E,C重合),连接BK交⊙M于点T,弦AT交x轴于点N.是否存在一个常数a,始终满足MN•MK=a?如果存在,请求出a的值;如果不存在,请说明理由.
本题考查了一次函数、切线的性质、相似三角形的判定和性质、三角函数、垂径定理、圆周角定理及推论等知识,在解题过程中需要构造直角三角形,运用到转化思想、方程思想和函数思想,第(3)问考查动点问题中的定值问题,寻找变化中的不变规律,是一道非常有研究价值的中考好题.下面就第(3)问的解答方法进行归纳:证明等积式的常用方法是证明线段所在的两个三角形相似,解决本题的关键是构造与线段MN和MK有关的两个相似三角形.本题可构造下列几对相似三角形来加以证明:(1)△MNT和△MTK;(2)△MNA和△MAK;(3)△MNB和△MBK;(4)△MNA和△MBK;(5)△MNB和△MAK.
每对相似三角形的证明都可以采用下列8种方法:(以△MNT和△MTK为例)
证法1 如图4,连接TM并延长交⊙M于G,连接AG,则∠G+∠GTA=90°,∠OBK=∠G.∵∠OBK+∠BKO=90°,∴∠GTA=∠BKO.∵∠NMT=∠TMK,∴△MNT∽△MTK,∴MNMT=MTMK,即MN•MK=MT2=4.故存在常数a,始终满足MN•MK=a,常数a=4.
证法2 如图5,连接TM并延长交⊙M于G,连接BG,则∠ABG+∠KBO=90°,∠KBO+∠BKO=90°,∴∠ABG=∠BKO.∵∠ATG=∠ABG,∴∠GTA=∠BKO,即∠MTN=∠MKT.(其余步骤同证法1)
证法3 如图6,连接TM,AM并延长AM交⊙M于G,连接TG,则∠G+∠GAT=90°,∠OBK=∠G.∵∠OBK+∠BKO=90°,∴∠GAT=∠BKO.∵MA=MT,∴∠GAT=∠MTN,∴∠MTN=∠BKO.(其余步骤同证法1)
证法4 如图7,连接TM,AM并延长AM交⊙M于G,连接BG,则∠GBA=∠AOK=90°,∴BG∥OK,∴∠GBT=∠BKO.∵MA=MT,∴∠GAT=∠MTN.∵∠GBT=∠GAT,∴∠MTN=∠BKO.(其余步骤同证法1)
证法5 如图8,连接TM,BM并延长BM交⊙M于G,则G与H重合,连接AH,则∠BOK=∠HAB=90°,∴AH∥OK,∴∠HAT=∠ANO.∵MB=MT,∴∠MBT=∠MTB.∵∠HAT=∠HBT,∴∠ANO=∠MTB,∴∠MNT=∠MTK.∵∠NMT=∠TMK,∴△MNT∽△MTK,∴MNMT=MTMK.即MN•MK=MT2=4,故存在常数a,始终满足MN•MK=a,常数a=4.
证法6 如图9,连接TM,BM并延长BM交⊙M于G,则G与H重合,连接TH,则∠BHT+∠HBT=∠NAO+∠ANO=90°.∵∠NAO=∠BHT,∴∠HBT=∠ANO.∵MB=MT,∴∠MBT=∠MTB,∴∠ANO=∠MTB,∴∠MNT=∠MTK.
证法7 如图10,连接TM,AM,作MG⊥AT于G,则∠GMT+∠MTG=90°,∠ABK=∠GMT=12∠AMT.∵∠ABK+∠BKO=90°,∴∠MTG=∠BKO.(其余步骤同证法5)
证法8 如图11,连接TM,AM和MB,则∠BMO=∠ATB=12∠AMB.∵MT=MB,∴∠MTB=∠MBT.∵∠BMO=∠MBK+∠BKO,∠ATB=∠MTB+∠MTN,∴∠BKO=∠MTN.(其余步骤同证法5)
综上可知,本题有四十余种证明方法可供学生选择,有利于学生发挥出自己的水平,避免“华山一条路”造成的思维短路,这是一道好的中考压轴题应具备的条件.
本题方法虽多,但辅助线的作法只有三种:作圆的半径、直径或垂径,以便于寻找角的等量关系,教学时关键是如何帮助学生弄清不同解法之间的区别和联系,找出添加辅助线的规律,形成清晰的解题思路,才能提高分析问题和解题的能力.
为了帮助学生巩固所学知识,我们还可从下面几个方面进行拓展:
1.当点K在射线CE上运动时,问题(3)中结论是否仍成立?说明理由.
2.当点K在线段CD上运动时,直线BK交⊙O于T,连接AT并延长交x轴于点N,是否存在一个常数a,满足MN•MK=a?如果存在,请求出a的值;如果不存在,请说明理由.
3.当点K在x轴上运动时,直线BK交⊙O于T,连接AT并延长交x轴于点N,是否存在一个常数a,始终满足MN•MK=a?如果存在,请求出a的值;如果不存在,请说明理由.
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文