题目内容
8.平面上,矩形ABCD与直径为QP的半圆K如图1摆放,分别延长DA和QP交于点O,且∠DOQ=60°,OQ=OD=3,OP=2,OA=AB=1.让线段OD及矩形ABCD位置固定,将线段OQ连带着半圆K一起绕着点O按逆时针方向开始旋转,设旋转角为α(0°≤α≤60°).发现:如图2,当点P恰好落在BC边上时,求a的值即阴影部分的面积;
拓展:如图3,当线段OQ与CB边交于点M,与BA边交于点N时,设BM=x(x>0),用含x的代数式表示BN的长,并求x的取值范围.
探究:当半圆K与矩形ABCD的边相切时,直接写出sinα的值.
分析 首先设半圆K与PC交点为R,连接RK,过点P作PH⊥AD于点H,过点R作RE⊥KQ于点E,则可求得∠RKQ的度数,于是求得答案;
拓展:如图5,由∠OAN=∠MBN=90°,∠ANO=∠BNM,得到△AON∽△BMN,即可求得BN,如图4,当点Q落在BC上时,x取最大值,作QF⊥AD于点F,BQ=AF,则可求出x的取值范围;
探究:半圆K与矩形ABCD的边相切,分三种情况:①半圆K与BC相切于点T,②当半圆K与AD相切于T,③当半圆K与CD切线时,点Q与点D重合,且为切点;分别求解即可求得答案.
解答 解:发现:如图2,设半圆K与PC交点为R,连接RK,过点P作PH⊥AD于点H,![]()
过点R作RE⊥KQ于点E,在Rt△OPH中,PH=AB=1,OP=2,
∴∠POH=30°,
∴α=60°-30°=30°,
∵AD∥BC,
∴∠RPO=∠POH=30°,
∴∠RKQ=2×30°=60°,
∴S扇形KRQ=$\frac{60π×({\frac{1}{2})}^{2}}{360}$=$\frac{π}{24}$,
在Rt△RKE中,RE=RK•sin60°=$\frac{\sqrt{3}}{4}$,
∴S△PRK=$\frac{1}{2}$•RE=$\frac{\sqrt{3}}{16}$,
∴S阴影=$\frac{π}{24}$+$\frac{\sqrt{3}}{16}$;
拓展:如图5,
∵∠OAN=∠MBN=90°,∠ANO=∠BNM,
∴△AON∽△BMN,
∴$\frac{AN}{BN}=\frac{AO}{BM}$,即$\frac{1-BN}{BN}=\frac{1}{x}$,
∴BN=$\frac{x}{x+1}$,
如图4,当点Q落在BC上时,x取最大值,作QF⊥AD于点F,BQ=AF=$\sqrt{O{Q}^{2}-Q{F}^{2}}$-AO=2$\sqrt{2}$-1,
∴x的取值范围是0<x≤2$\sqrt{2}$-1;
探究:半圆K与矩形ABCD的边相切,分三种情况;
①如图5,半圆K与BC相切于点T,设直线KT与AD,OQ的初始位置所在的直线分别交于点S,O′,
则∠KSO=∠KTB=90°,
作KG⊥OO′于G,在Rt△OSK中,
OS=$\sqrt{O{K}^{2}-S{K}^{2}}$=2,
在Rt△OSO′中,SO′=OS•tan60°=2$\sqrt{3}$,KO′=2$\sqrt{3}$-$\frac{3}{2}$,
在Rt△KGO′中,∠O′=30°,
∴KG=$\frac{1}{2}$KO′=$\sqrt{3}$-$\frac{3}{4}$,
∴在Rt△OGK中,sinα=$\frac{KG}{OK}$=$\frac{\sqrt{3}-\frac{3}{4}}{\frac{5}{2}}$=$\frac{4\sqrt{3}-3}{10}$,
②当半圆K与AD相切于T,如图6,同理可得sinα=$\frac{KG}{OK}$=$\frac{\frac{1}{2}O′K}{\frac{5}{2}}$=$\frac{\frac{1}{2}(O′T-KT)}{\frac{5}{2}}$=$\frac{6\sqrt{2}-1}{10}$;
③当半圆K与CD切线时,点Q与点D重合,且为切点,
∴α=60°,
∴sinα=sin60°=$\frac{\sqrt{3}}{2}$;
综上所述sinα的值为:$\frac{4\sqrt{3}-3}{10}$或$\frac{6\sqrt{2}-1}{10}$或$\frac{\sqrt{3}}{2}$.
点评 此题属于圆的综合题.考查了矩形的性质,直线与圆的位置关系,勾股定理以及锐角三角函数的知识.注意根据题意正确的画出图形是解题的关键.
| A. | x=-2,y=-1 | B. | x=2,y=-1 | C. | x=-2,y=1 | D. | x=2,y=1 |