隐圆问题的几种类型

发布时间 2023-11-15 09:49:06作者: 贵哥讲高中数学

隐圆问题的几种类型

在中考的一些题目中明明没有圆,却要构造出圆进行解答,这些问题是隐圆问题.
隐圆问题可以归纳为几种模型:定点定长,四点共圆,定角定线(直角所对的弦是直径、定弦定角、定角定中线、定角定角平分线、定角定高、定角定周长).

模型一 定点定长

模型解释

   ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2023/png/21447551/1699961228061-798d17d3-16b8-4019-85a0-594ce162c536.png#averageHue=%23fbf8f8&clientId=ued58e2de-86af-4&from=paste&height=118&id=uc3f35c49&originHeight=177&originWidth=183&originalType=binary&ratio=1.5&rotation=0&showTitle=false&size=7373&status=done&style=none&taskId=u4ee39438-e2a3-4a43-8bac-04c8f3c1e3d&title=&width=122)          ![image.png](https://cdn.nlark.com/yuque/0/2023/png/21447551/1699961232124-8526ed64-313b-4f82-b9be-dadc95be1d00.png#averageHue=%23fdfafa&clientId=ued58e2de-86af-4&from=paste&height=124&id=ue5f4c11b&originHeight=186&originWidth=193&originalType=binary&ratio=1.5&rotation=0&showTitle=false&size=5795&status=done&style=none&taskId=ued8651c4-6b54-419f-83a6-e0f47008f8f&title=&width=128.66666666666666)

左图中,若点是定点,,则,,在以点为圆心的圆上;
右图中,若点是定点,是定长,则动点在以点为圆心,半径为的圆上.

例题详讲

例1 如图,点,的坐标分别为,,为坐标平面内一点,,点为线段的中点,连接,的最大值为  .
image.png
解析 为坐标平面内一点,,
(即动点到定点的距离等于定长,由圆的定义可得的轨迹是圆)
点的运动轨迹是在半径为的上,
如图,取,连接,
image.png
点为线段的中点,是的中位线,
,
最大值时,取最大值,此时、、三点共线,
此时在中,
,
的最大值是.
故答案为:.

例2 如图,在平行四边形中,,,,点在线段上一动点,连接,将沿着翻折,得,连接、.则面积的最小值为   .
image.png
解析 要求面积的最小值,而是固定的线段,故想到判定动点的轨迹,求点到直线的距离最小值.
将沿着翻折,得,
,
(即动点到定点的距离等于定长,由圆的定义可得的轨迹是圆;关于旋转或翻转的动点问题可考虑轨迹是圆)
点在以点为圆心,为半径的圆上,
则点到的距离最小值等于圆心到的距离减去圆的半径,
如图,过点作于,
image.png
在中,,,
,
当点在上时,有最小值,
面积的最小值,
故答案为:.

模型二 四点共圆

模型解释

image.png
左图中,若,则,,,四点共圆;
右图中,若,则则,,,四点共圆.
(这可尝试用反证法证明得到)

例题详讲

例1 如图,已知矩形中,,,点是边上的一动点(不与,重合),过作于点,过作于点,作于点,连接,则当取到最大值时,的长为 .
image.png
解析 ,,
(四边形的一对内角互补,)
,,,四点共圆,且是直径,
image.png
弦的最大值为,
此时,易得,
image.png
又,,
,,解得或.

例2 已知:在中,,,为上一点,,,,则的长    .
image.png
解析 连接,过点作于点,
image.png
在中,,,,
根据等腰三角形性质可知,,
,
,
在中,
所以,,
所以,,(四边形对角互补)
点、、、四点共圆,
image.png
,.
,.
.
过点作于点,则.
在中.
故答案为.

**例3 **如图,已知中,,,,,过点作的垂线,与的延长线交于点,则的最大值为   .
image.png
解析 ,,
,,
, ,,
当有最大值时,有最大值,
,点、、、四点共圆,
若有最大值,则应为直径,
,是圆的直径,
,
的最大值为.

模型三 定角定线

定角定线包括了“直角所对的是直径”、“定弦定角”、“定角定中线”、“定角定平分线”、“定角定高”、“定角定周长”.

情况1 直角所对的弦是直径

模型解释

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点,是定点,动点满足,则动点的轨迹是以为直径的圆.

例题详讲

例 如图,正方形中,,动点从点出发向点运动,同时动点从点出发向点运动,点、运动的速度相同,当它们到达各自终点时停止运动,运动过程中线段、相交于点,则线段的最小值为   .
image.png
解析 点是定点,点是动点,求线段的最小值则需要了解点的轨迹.
动点,的速度相同,,
又正方形中,,,
在和中,
,.
,,
,
点的路径是一段以为直径的弧,
image.png
(线段的最小值转化为圆外一点到圆上点的距离最值问题)
设的中点为,连接交弧于点,此时的长度最小,
.
在中,
,,即线段的最小值为,
故答案为: .

情况2 定弦定角

模型解释

image.png
定弦定角指的是一个三角形中有一组对角对边是定值;
比如上面两图中在中,,(,是定值),
若,是定点,是动点,则动点的轨迹是个圆,圆心在线段中垂线上且满足(是锐角时)或(是钝角时).
结论 圆是的外接圆,且半径为,则.
image.png
证明 当是锐角时,作直径,连接,则,
在中,,
又,所以,即.
当是直角或钝角也易证.
(这结论在定弦定角问题较易可得隐圆的半径)

例题详讲

例1 如图,已知四边形中,,,,对角线,则的最大值为   .
image.png
解析 在中,,
,,(属于“定弦定角”三角形)
点在的外接圆上,
image.png
(的最大值等于点到圆心的距离加上半径,故要确定圆的半径和圆心的位置)
的最大值为,
过点作,垂直的延长线于点,
image.png
是等腰三角形,且,
,,,,
,
的最大值为.

例2 如图,在平面直角坐标系中,等边的边在轴正半轴上,点,,点、分别从、以相同的速度向、运动,连接、,交点为,是轴上一点,则的最小值是    .
image.png
**解析 **显然点是动点,我们了解它的轨迹更好思考问题.
如图,是等边三角形,,,
点、分别从、以相同的速度向、运动,
,
在和中,
,
,
,
,
是等边三角形,,,,
(属于“定弦定角”三角形)
动点是经过点,,的圆上的点,记圆心为, 连接,,
(是轴上一动点,的最小值等于圆心到轴的距离减去半径,即,故要确定圆心的位置和圆半径)
image.png
设,
,,
又,,
,,
,
过点作,
圆的半径,
(利用模型解释中的结论)
,
,
的最小值为.

情况3 定角定中线

模型解释

定角定中线指的是:在中,的大小和中线的长度是定值;
它可以利用倍长中线模型,将其转化为“定弦定角”模型.
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转化思路大致如下:延长至,使得,连接,易得,
则,是定值,那是属于“定弦定角”的三角形.
image.png

例题详讲

**例1 **如图,在中,,是边的中点,,求面积的最大值.
image.png
解析 延长AD至E,使DE=AD,连接BE,
image.png
由倍中线模型易得,
,,
,,(倍长中线模型的运用)
则是一个定弦定角三角形,
(把定角定中线的问题转化为定弦定角问题)
, ,
要的面积最大,只需的面积最大.
作的外接圆圆,连接,,过作,连接并延长,交圆于,
image.png
,,
又,,,
要使的面积最大,只需高最大,
明显当与重合时,高最大,,
此时,
即面积的最大值为.

**例2 **如图,在中,,是的中点,,求的最大值.
image.png
解析 延长至,使,连接,
image.png
由倍中线模型易得,
,,
,,(倍长中线模型的运用)
延长到使得,连接,
image.png
,,是等边三角形,
,,
是一个定弦定角三角形,的最大值就是 的最大值,
(把定角定中线的问题转化为定弦定角问题)
则的外接圆圆是个定圆,且直径,
为圆的一条弦,其最大值为直径,即的最大值为.
image.png

情况4 定角定高

模型解释

定角定高指的是:在中,的大小和高的长度是定值.
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例题详讲

**例1 **已知中,,于,,求的面积的最小值.
image.png
解析 定角定高三角形的外接圆不是个定圆,当已知角的对边与外接圆半径存在关系,
求的面积的最小值只需求的最小值.
作的外接圆,连接,,,过作于,
,易得,
设圆的半径为,则,,
,,解得,
,的最小值为,
的面积的最小值
image.png

例2 如图,在中,,上的高,则的周长的最小值为 .
image.png
解析 延长至,使得, 延长至,使得,连接,,
则, , 的周长,
,
(属于定角定高三角形)
作的外接圆,连接,,过作,作垂直延长线于,
易得,
设圆半径为,则,,
, ,解得,
则,F的最小值是,
的周长的最小值是.
image.png

情况5 定角定平分线

模型解释

定角定平分线指的是:在中,的大小和其角平分线的长度是定值.
image.png

例题详讲

**例1 **如图,已知中,,平分,交于,且,则的面积的最小值为 .
image.png
解析 ,平分,,
过作于,作于,则,
image.png
,,,
在上截取,则,,
(属于“定角定高”三角形)
image.png

,
要使面积最小,只需面积最小,
作外接圆圆,过作于,连接,,,
image.png
,,
设圆的半径为,则,,(圆不是个定圆)
,,,
,
面积的最小值为,
面积的最小值为.

**例2 **如图,已知中,,平分,交于,且,则的面积的最小值为 .
image.png
解析 ,平分,,
过作于,作于,则,
image.png
,,,
延长至使得,则,,
(属于“定角定高”三角形)
image.png

,
要使面积最小,只需面积最小,
作外接圆圆,过作于,连接,,,
image.png
,,
设圆的半径为,则,,
,,,
,
面积的最小值为,
面积的最小值为.

情况6 定角定周长

模型解释

定角定周长指的是:在中,的大小和三角形的周长是定值.
image.png
这模型可以转化为“定弦定角”、“定角定高”等模型.
1 转化为“定弦定角”
延长至,使得, 延长至,使得,
则的长等于的周长,
设,则,则,
是定值,转化为关于的“定弦定角”模型.
image.png
2 转化为“定角定高”
作旁切圆(即与,与延长均相切的圆,则、、分别是、、的平分线),
则由圆的切线长定理可知,,,
的长等于的周长,即为定值,
是定值,是定值,
在中,是定值,为定值, 的半径是定值,是定值,
而也是定值,
故属于“定角定高”模型.
image.png

例题详讲

**例1 **已知的周长为,,求的最小值.
解析 作旁切圆,连接,,,
过作, ,,
由切线长定理可得,,,
的周长为,
,,
image.png
,,,
易求,(属于“定角定高”的三角形)
作外接圆圆,连接,,过作, 过作,
设圆半径为,易得,
image.png
则,,解得,,
的最小值为.

**例2 **已知的周长为,,为边上的高,求的最大值.
image.png
解析 延长至,使得, 延长至,使得,
image.png
则,, ,
,
(属于“定弦定角”三角形)
作的外接圆,连接,,过作,延长交圆于,
image.png
的最大值为,
易得,,,
, ,
,即的最大值为.

**例3 **已知的周长为,,求面积的最大值.
image.png
解析 作的旁切圆圆,与的切点为,与,延长线的切点分别为,,连接,,,
image.png
易得,,
则, ,,,
的周长为,,
又,,
在中,, ,
易求,是定角定高的三角形,
而,
求面积的最大值,只需求面积的最小值,
作的外接圆圆,过点作,
image.png
设圆的半径为,
易得,则,,
由得,解得,
,
,
即面积的最大值为.