角系列模型:坐标系中的特殊角/构造相等角、半角、二倍角/最大角问题(米勒)
说到特殊角我们很快就能想到比如30°、45°、60°、90°等,事实上,之所以以上角能称为特殊角,关键在于这些角的三角函数值特殊,比如同为整十,为什么我们会将60°称为特殊角,而50°便不是,原因很简单,cos60°=1/2,而我们并不知道50°的任一三角函数值.
因此角度特殊不在于这个角是多少度,而在于其三角函数值是否有特殊值,所以除了常见的30°、45°、60°,我们可以扩充一下特殊角的范围.
引例:坐标系中的45°角
如图,在平面直线坐标系中,直线AB解析式为y=1/2x,点M(2,1)是直线AB上一点,将直线AB绕点M顺时针旋转45°得到直线CD,求CD解析式.
【分析】
思路1:构造三垂直相似(全等)
在坐标系中存在45°角,可作垂直即可得到等腰直角三角形,构造三垂直全等确定图形.
在直线AB上取一点O,过点O作OP⊥AB交CD于P点,分别过M、P向x轴作垂线,垂足为E、F点.
易证△OEM≌△PFO,
故PF=OE=2,OF=ME=1,
故P点坐标为(-1,2),
结合P、M坐标可解直线CD解析式:y=-1/3x+5/3.
构造等腰直角的方式也不止这一种,也可过点O作CD的垂线,
但直角顶点未知的情况计算略难于直角顶点已知的情况,故虽可以做但并不推荐.
思路2:利用特殊角的三角函数值.
过M点作MN∥x轴,则tan∠OMN=tanα=1/2,tan∠CMN=1/3,
考虑到直线CD的增减性为y随着x的增大而减小,故kCD<0,
所以直线CD:y=-1/3(x-2)+1,
化简得:y=-1/3x+5/3.
引例:坐标系中的一般特殊角
如图,在平面直线坐标系中,直线AB解析式为y=1/2x,点M(2,1)是直线AB上一点,将直线AB绕点M顺时针旋转α得到直线CD,且tanα=3/2,求直线CD解析式.
【分析】
在直线AB上再选取点O构造三垂直相似,如下图所示,
易证△PFO∽△OEM,且相似比PO:OM=tan∠PMO=3/2,
即OF=3/2ME=3/2,PF=3/2OE=3,
故P点坐标为(-3/2,3),
结合P、M点坐标可解直线CD解析式:y=-4/7x+15/7.
本题并不容易从三角函数值本身下手,原因在于角度并不属于我们所讨论的特殊角范围之内,简便的做法只存在于特殊的角中.
2019盐城中考
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2018辽阳中考(删减)
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2013黑龙江中考
2019资阳中考(删减)
(1)平行:两直线平行,同位角、内错角相等;
(2)角平分线:角平分线分的两个角相等;
(3)等腰三角形:等边对等角;
(4)全等(相似)三角形:对应角相等;
(5)三角函数:若两个角的三角函数值相等,则两角相等;
(6)圆周角定理:同圆或等圆中,同弧或等弧所对的圆周角相等.
想得到相等角,先考虑如何度量角,除了角度之外,另外的方法便是求出角的三角函数值,因此在以上6种方案当中,若无明显条件,可考虑求出角的三角函数值来构造相等角.
2017来宾中考(删减)
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2019德州中考(删减)
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2017丹东中考(删减)
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2018娄底中考
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2019海南中考(删减)
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2018玉林中考(删减)
2019泰安中考(删减)
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2018日照中考(删减)
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2019赤峰中考(删减)
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既有构造相等角的,也有在这个问题上再进行加工的,比如,在坐标系中构造已知角的半角或二倍角,角可以单独出现,也可以存在于某个几何图形中,因此,构造半角、二倍角的方法也并不唯一,常用如下:
思路1:构造半角三角函数.
构造二倍角三角函数:
思路2:等腰三角形外角.
三角形外角等于和它不相邻的两个内角之和.
当然方法远不止于此,仅提供一点解题思路,接下来看一点中考题中的二倍角、半角问题.
【转化为等角】
如图,在平面直角坐标系中,直线y=-1/2x+2与x轴交于点A,与y轴交于点B,抛物线y=-1/2x²+bx+c经过A、B两点且与x轴的负半轴交于点C.
(1)求该抛物线的解析式;
(2)若点D为直线AB上方抛物线上的一个动点,当∠ABD=2∠BAC时,求点D的坐标.
【简单的三角函数计算】
如图1,四边形OABC是矩形,点A的坐标为(3,0),点C的坐标为(0,6),点P从点O出发,沿OA以每秒1个单位长度的速度向点A出发,同时点Q从点A出发,沿AB以每秒2个单位长度的速度向点B运动,当点P与点A重合时运动停止.设运动时间为t秒.
问题:当t=1时,抛物线y=x²+bx+c经过P、Q两点,与y轴交于点M,抛物线的顶点为K,如图2所示,问该抛物线上是否存在点D,使∠MQD=1/2∠MKQ?若存在,求出所有满足条件的D的坐标;若不存在,说明理由.
【特殊角的三角函数值】
如图,抛物线y=x²+bx+c交x轴于A、B两点,其中点A坐标为(1,0),与y轴交于点C(0,-3).
(1)求抛物线的函数表达式;
(2)如图,连接AC,点P在抛物线上,且满足∠PAB=2∠ACO.求点P的坐标;
【半角三角函数计算】
如图所示,二次函数y=k(x-1)²+2的图像与一次函数y=kx-k+2的图像交于A、B两点,点B在点A的右侧,直线AB分别与x、y轴交于C、D两点,其中k<0.
(1)求A、B两点的横坐标;
(2)二次函数图像的对称轴与x轴交于点E,是否存在实数k,使得∠ODC=2∠BEC,若存在,求出k的值;若不存在,说明理由.
【构造旋转得定角】
如图,抛物线y=ax²+2x+c(a<0)与x轴交于点A和点B(点A在原点的左侧,点B在原点的右侧),与y轴交于点C,OB=OC=3.
(1)求该抛物线的函数解析式.
(2)如图2,点E的坐标为(0,-3/2),点P是抛物线上的点,连接EB,PB,PE形成的△PBE中,是否存在点P,使∠PBE或∠PEB等于2∠OBE?若存在,请直接写出符合条件的点P的坐标;若不存在,请说明理由.
【构造等腰三角形】
如图,抛物线y=ax²+6x+cx轴于A、B两点,交y轴于点C.直线y=x-5经过点B、C.
(1)求抛物线的解析式;
(2)过点A的直线交直线BC于点M,连接AC,当直线AM与直线BC的夹角等于∠ACB的2倍时,请直接写出点M的坐标.
1471年,德国数学家米勒向诺德尔提出这样一个问题:
如图,点A、B直线l的同一侧,在直线l上取一点P,使得∠APB最大,求P点位置.
圆外角:如图,像∠APB这样顶点在圆外,两边和圆相交的角叫圆外角.
相关结论:圆外角等于这个角所夹两条弧的度数差(大减小)的一半.
如图,∠P=∠ACB-∠PBC.
换句话说,对同一个圆而言,圆周角>圆外角.
结论:当点P不与A、B共线时,作△PAB的外接圆,当圆与直线l相切时,∠APB最大.
证明:在直线l上任取一点M(不与点P重合),连接AM、BM,
∠AMB即为圆O的圆外角,
∴∠APB>∠AMB,∠APB最大.
∴当圆与直线l相切时,∠APB最大.
特别地,若点A、B与P分别在一个角的两边,如下图,则有OP²=OA·OB.(切割线定理)
证明:∵∠POA=∠BOP,∠OPA=∠OBP(弦切角定理)
∴△AOP∽△POB,
∴OA/OP=OP/OB,
∴OP²=OA·OB.
即可通过OA、OB线段长确定OP长,便知P点位置.
最大角问题在中考中出现得并不多,也仅仅能称作是一个问题而已,但既然已经有考到了,我们就需要了解一下~
2019烟台中考
变式练习
已知最大角求直线
如图,在平面直角坐标系中,A(1,0)、B(5,0)直线l经过点C(-1,2),点P是直线l上的动点,若∠APB的最大值为45°,求直线l的解析式.
【分析】
考虑到直线l未知但∠APB的最大值已知为45°,故构造圆.
记△ABP外接圆圆心为M点,则∠AMB=2∠APB=90°,
故可确定M点位置.
根据A(1,0)、B(5,0),不难求得M点坐标为(3,2),
连接MC、MP,考虑到圆M与直线CP相切,故MP⊥CP,△CPM是直角三角形.
∵MC=4,MP=MA=2根号2,
∴CP=2根号2,即△CPM是等腰直角三角形,
易求P点坐标为(1,4),
又C点坐标为(-1,2),
可求直线l的解析式为y=x+3.
注:特别感谢山大附中张永坤老师供题.
像这种问题变化方式其实并不多,是的所以这一篇我水了,理清楚问题的构成条件以及每个条件的应用,便能在变化中准确找到切入点,根据条件分析我能做什么不仅是一种嗅觉,更是靠基础的积累.
文章来源于有一点数学,作者一个刘岳;如存在文章/图片/音视频使用不当的情况,或来源标注有异议,请联系微信ABC-shuxue处理。