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两线一圆模型破解一类直角三角形压轴问题

时间:2024-11-15 20:12:56
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  有关直角三角形的存在性问题是近年来中考热点题型,一般都是放在平面直角坐标系中和抛物线结合起来考察,这种题的解法套路一般都是固定的,同学们在学习的过程中只需要牢固掌握直角三角形存在的基本模型:两线一圆,多加练习,这类问题就可以轻松掌握。

  如图,在平面直角坐标系中,点A坐标为(1,1),点B坐标为(5,3),在x轴上找一点C使得△ABC是直角三角形,求点C坐标.

  两线一圆得坐标,(1)若∠A为直角,过点A作AB的垂线,与x轴的交点即为所求点C;(2)若∠B为直角,过点B作AB的垂线,与x轴的交点即为所求点C;(3)若∠C为直角,以AB为直径作圆,与x轴的交点即为所求点C.(直径所对的圆周角为直角)。

  重点还是如何求得点坐标,C1、C2求法相同,以C2为例:

  构造三垂直:

  C3、C4求法相同,以C3为例:

  构造三垂直步骤:第一步:过直角顶点作一条水平或竖直的直线;第二步:过另外两端点向该直线作垂线,即可得三垂直相似.

  “两线一圆”模型:

  在平面直角坐标系中遇到直角三角形的相关问题时,通常是以直角顶点作为分类标准,如下图,分别以点A、点B、点M为直角定点来构造直角三角形,然后根据相关条件来进行求解即可。具体有以下三种情况:(1)过点A作直线AM垂直AB,交x轴于点M;(2)过点B作直线BM垂直AB,交x轴于点M;(3)根据直径所对的圆周角为90度,以AB为直径作圆,交x轴的点即为满足条件的点M(一般情况下有两个交点,特殊情况下只有一个交点),然后根据相关条件来进行求解即可。

  例1.如图,正方形ABCO的边长为√5,O为原点,BC交y轴于点D,且D为BC边的中点,抛物线y=ax²+bx+c经过B、C且与y轴的交点为E(0,10/3):

  (1)求点C的坐标,并直接写出点A、B的坐标;

  (2)求抛物线的解析式及对称轴;

  (3)探索在抛物线的对称轴上是否存在点P,使△PBC为直角三角形?若存在,直接写出所有满足条件的P点坐标;若不存在,请说明理由.

  解析】(1)过C作CF⊥x轴于F,在Rt△OCF中,易证得∠OCF=∠COD,则它们的正切值相同,可得CF=2OF,再根据勾股定理即可求出OF、CF的长,由此可得C点的坐标;同理可求出A、B的坐标;C(1,2),A(﹣2,1)、B(﹣1,3).

  (2)根据已经求得的A、B、C的坐标,可用待定系数法求出抛物线的解析式为y=﹣5/6x ²-1/2x+10/3,对称轴为直线x=-3/10;(3)若△PBC是直角三角形,存在三种情况:

  ①∠PBC=90°,则P点必为直线AB与抛物线对称轴的交点,可先求出直线AB的解析式,联立抛物线的对称轴方程即可求出P点的坐标;

  ②∠PCB=90°,则P点必为直线OC与抛物线对称轴的交点,方法同①;

  ③∠BPC=90°,可以BC为直径作圆,那么P点即为圆与抛物线对称轴的交点;可过D作抛物线对称轴的垂线,设垂足为M,连接DP,根据抛物线的对称轴即可得到DM的长,而DP是圆的半径即1/2BC长,在Rt△DPM中,即可用勾股定理求出PM的值,进而可求出P点的纵坐标,而P点横坐标与抛物线的对称轴的值相同,由此可得到P点的坐标.

  

  例2.如图,已知抛物线y=ax²+bx+c(a≠0)的对称轴为直线x=-1,且抛物线与x轴交于A、B两点,与y轴交于C点,其中A(1,0),C(0,3).

  (1)若直线y=mx+n经过B、C两点,求直线BC和抛物线的解析式;

  (2)在抛物线的对称轴x=-1上找一点M,使点M到点A的距离与到点C的距离之和最小,求出点M的坐标;

  (3)设点P为抛物线的对称轴x=-1上的一个动点,求使△BPC为直角三角形的点P的坐标.

  解析:

  

  

  例3.如图,在平面直角坐标系中,抛物线y=﹣1/2x ²+bx+c的图象与直线y=﹣ x+3交于A、B两点,且点A在y轴上,点B的坐标是(4,1).

  (1)求抛物线的函数解析式;

  (2)过点A作AC⊥AB交x轴于点C.

  ①求点C的坐标;

  ②在抛物线的对称轴上是否存在一点P,使得△PAC的周长最小?若存在,求出此时PA+PC的值;若不存在,说明理由;

  ③除点C外,在坐标轴上是否存在点Q,使得△QAB为直角三角形?若存在,直接写出所有能使△QAB为直角三角形点Q的坐标;若不存在,请说明理由.

  【解析】(1)先由y=﹣1/2x+3,可得与y轴的交点A的坐标,再把B(4,1)和A(0,3)代入y=﹣1/2x ²+bx+c,运用待定系数法即可求出抛物线的函数解析式;

  (2)①设直线AB与x轴交于点D,则D(6,0),由△AOC∽△DOA可得,OC=3/2,即点C的坐标为(﹣3/2,0);

  ②由抛物线:y=﹣1/2x ²+3/2x+3,可得其对称轴为直线x=3/2,设点A关于x=3/2的对称点为A′(3,3),连接A′C交直线x=3/2于点P,根据轴对称的性质和两点之间线段最短可知,此时PA+PC的值最小,即△PAC的周长的值最小,运用两点间的距离公式求出A′C的长度,即为此时PA+PC的值;

  ③分两种情况:

  (i)以B为直角顶点时,过B点作AB的垂线与x轴交于点Q₁,与y轴交于点Q₂,

  易求直线BQ1的解析式为y=2x﹣7,所以Q₁(7/2,0),Q₂(0,﹣7);

  (ii)以Q为直角顶点时,以AB为直径作圆交x轴于Q₃,Q4,与y轴交于点Q5,

  以AB为直径的圆的方程为(x﹣2)²+(y﹣2)²=5,

  当y=0时,x=1或3,所以Q₃(1,0),Q4(3,0);

  当x=0时,y=1或3,所以Q5(0,1).

  综上可知,所求点Q的坐标为:Q₁(7/2,0),Q₂(0,﹣7),Q₃(1,0),Q4(3,0),Q5(0,1).

  例4.如图,抛物线y=x²﹣4x﹣5与x轴交于A,B两点(点B在点A的右侧),与y轴交于点C,抛物线的对称轴与x轴交于点D.

  (1)求A,B,C三点的坐标及抛物线的对称轴.

  (2)如图1,点E(m,n)为抛物线上一点,且2<m<5,过点E作EF∥x轴,交抛物线的对称轴于点F,作EH⊥x轴于点H,求四边形EHDF周长的最大值.

  (3)如图2,点P为抛物线对称轴上一点,是否存在点P,使以点P,B,C为顶点的三角形是直角三角形?若存在,请求出点P的坐标;若不存在,请说明理由.

  【解析】(1)分别令x=0和y=0代入抛物线的解析式中,可得A(-1,0),B(5,0),C(0,-5),可得对称轴x=2;

  (2)根据矩形周长公式表示四边形EHDF周长,并根据二次函数的顶点式可得四边形EHDF周长的最大值;

  如图1,∵E(m,n),且2<m<5,∴E在第四象限,

  ∴EF=m﹣2,EH=n=﹣m²+4m+5,

  设四边形EHDF周长为W,

  则W=2(EF+EH)=2(m﹣2﹣m²+4m+5)=﹣2m²+10m+6=﹣2(m﹣5/2)²+37/2,

  ∵﹣2<0,∴当m=5/2时,四边形EHDF周长的最大值是37/2;

  (3)分三种情况:

  ①当∠CBP=90°时,如图2,根据△PDB∽△BOC,列比例式得:PD=DB,可得结论;

  ②当∠BCP=90°时,如图3,根据△PCG∽△BDG,则CG/PG=DG/BG,可得PG的长,从而写出P的坐标;

  ③以AB为直径画圆,交对称轴于P ₁、P ₂,如图4,根据△P ₁DB∽△CHP ₁,则P ₁D/BD=CH/HP ₁,列方程可得结论.

  综上所述,点P的坐标为(2,3)或(2,﹣7)或(2,﹣6)或(2,1).

  两线一圆模型破解一类直角三角形压轴问题策略如下:

  策略:(1)两线一圆作出点;(2)构造三垂直相似,利用对应边成比例求线段,必要时可设未知数.

  步骤:①先假设结论成立,根据直角顶点的不确定性,分情况讨论;

  ②找点:当所给定长未说明是直角三角形的斜边还是直角边时,需分情况讨论,具体方法如下:

  a.当定长为直角三角形的直角边时,分别以定长的某一端点作定长的垂线,与坐标轴或抛物线有交点时,此交点即为符合条件的点;

  b.当定长为直角三角形的斜边时,以此定长为直径作圆,圆弧与坐标轴或抛物线有交点时,此交点即为符合条件的点;

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