平面直角坐标系中的旋转公式_巧用隐圆求解旋转中的最值问题
通常情況下,旋轉變換是可以與圓的相關知識聯系起來,因此在最值問題大家庭中,除了“兩點之間線段最短”和“垂直線最短”之外,有了圓的加盟,形式更加豐富了,在圓內涉及到的最值定理有“直徑是圓內最長的弦”,圓外(內)一點到圓周上某點的距離等,解決問題的關鍵是思維能夠導向上述常規常法。
題目
在平面直角坐標系中,四邊形OABC是矩形,點O(0,0),點A(0,3),點C(5,0),以點C為中心,順時針旋轉矩形OABC,得到矩形CDEF,點O、A、B的對應點分別為D、E、F.
(1)如圖1,當點D落在AB邊上時,求點D的坐標;
(2)如圖2,當點D落在線段AE上時,CD與AB相交于點H.
①求證:△ADC≌△AOC;②求點H的坐標;
(3)記K為矩形OABC對角線的交點,S為△KDE的面積,請直接寫出S的取值范圍.
解析:
(1)由旋轉可知CD=CO=5,而BC=3,因此在Rt△BCD中,由勾股定理可求出BD=4,從而得到AD=1,所以D(1,3);
(2)當點D落在AE上,即意味著∠ADC=90°,△ADC與△AOC是直角三角形,且斜邊重合,直角邊是旋轉得到,因此利用HL判定它們全等。然后設H點橫坐標為x,即AH=x,由全等可知∠ACD=∠ACO,而矩形告訴我們AB∥OC,得到∠ACO=∠BAC,因此∠BAC=∠ACD,于是AH=CH=x,在Rt△BCH中,便可利用勾股定理列方程了,BH=5-x,BC=3,得x2=9+(5-x)2,解得x=3.4,于是H(3.4,3);
(3)這是本題難點,先作出圖形進行觀察,如下圖:
我們發現,其實△EDK的一條邊DE是不變的,因此我們只需要考慮它的高,所以過點K作KN⊥直線DE,垂足為N。
那KN究竟如何變化呢?
此時如果能將旋轉過程中,點D所在的圓作出來,就方便多了,如下圖:
在圓C中,K作為圓內一點,K所在直徑兩端即為最長或最短處,可利用勾股定理求出AC=√34,則CK=√34/2,于是KN最短時,距離為CN-CK=5-√34/2,KN最長時,距離為CN+CK=5+√34/2,因此對應的面積最大值為15/2+3√34/4和15/2-3√34/4.
解題反思
此題難度并不高,尤其是前兩小題,考察學生最基礎的幾何方法,最后一問中,利用了圓內一點到圓周上某點距離的最值,也是屬于圓性質的一部分,涉及到的計算量也不大,只要認真思考,一定能完成。
隱圓的關鍵在于作出這個圓,或者腦子里有這個圓,實際解題中,這個圓可以不作出來,只要說清楚即可,這也是最后要求直接寫出結果的原因之一。
總結
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