圆中的分类讨论

“圆”中渗透的数学思想作者：赵传东来源：《初中生世界·九年级》2017年第05期数学思想是人们对数学活动经验的概括和总结，是数学基础知识及基本技能的本质体现，是数学知识的提炼、升华和结晶，是解决数学问题的灵魂.本文就带你到“圆”形世界去挖掘其中所蕴含的分类思想和转化思想，领略其美丽的风采.一、圆中的分类思想由于圆既是轴对称图形，又是中心对称图形，在没有明确图形位置的情况下，符合题意的图形可能有多种.因此在本章中应注意圆的问题的多样性，不要忘记分情况讨论.1.点和圆位置关系中的分类讨论.例1 如图1，直线AB与⊙O相切于B点，C是⊙O与OA的交点，点D是⊙O上的动点（D与B、C不重合），若∠A=40°，则∠BDC的度数是（）.A.25°或155°B.50°或155°C.25°或130°D.50°或130°【分析】点D可以在劣弧上，也可以在优弧上.解：当点D在优弧BC上时，如图1，连接OB，∵直线AB与⊙O相切于B点，∴∠OBA=90°，∠AOB=50°，∠BDC=[12]∠AOB=25°；当点D在劣弧BC上时，即在D′点处，如图1，∵∠BDC+∠BD′C=180°，∴∠BD′C=155°.∴∠BDC的度数为25°或155°.【点评】本题考查了切线的性质、圆周角定理以及圆的内接四边形的性质.由于点D既可在优弧BC上，也可在劣弧BC上，所以要分两种情况讨论.2.直线和圆位置关系中的分类讨论.例2 如图2，平面直角坐标系xOy中，半径为2的⊙P的圆心P的坐标为（-3，0），将⊙P沿x轴正方向平移，使⊙P与y轴相切，则平移的距离为（）.A.1B.1或5C.3D.5【分析】⊙P可以在y轴的左边也可以在y轴的右边.解：当⊙P位于y轴的左侧且与y轴相切时，平移的距离为1；当⊙P位于y轴的右侧且与y轴相切时，平移的距离为5.故选B.【点评】本题主要考查了切线的性质的应用等知识，由于圆P在运动过程中，既可能和y 轴左边相切，也可能和y轴右边相切，所以要分情况讨论.3.圆与圆位置关系中的分类讨论.例3 以O为圆心的两个同心圆中，大圆与小圆的半径分别为3cm和1cm，若圆P与这两个圆都相切，则圆P的半径为 .【分析】圆P既可以和小圆内切同时也可以和小圆外切.解：①若圆P与小圆外切，如图3（1），此时圆P的半径=[12]（3-1）=1（cm）；②若圆P与小圆内切，如图3（2），此时圆P的半径=[12]（3+1）=2（cm）.【点评】本题主要考查圆与圆的位置关系，虽然圆P只能和大圆内切，但和小圆既可内切，也可外切.所以两圆相切，应分情况讨论.二、圆锥中的转化思想例4 如图4所示，圆锥的母线OA=8，底面的半径r=2，若一只小虫从A点出发，绕圆锥的侧面爬行一周后又回到A点，则小虫爬行的最短路线的长是 .【分析】将圆锥沿一条母线剪开，其侧面展开图是一个扇形，小虫从A点出发，绕圆锥的侧面爬行一周后又回到A点，爬行的最短路线的长实际上是扇形中弦AB的长度.[AB]的长度就是圆锥的底面周长.解：圆锥侧面展开图扇形的圆心角n=[rl]×360°=[28]×360°=90°，所以△OAB是直角三角形，根据勾股定理得AB=[82+82]=[82]，即最短距离为[82].【点评】对于立体图形研究两点间的最短距离，往往是先把立体图形展开成平面图形，再根据“在平面内两点之间线段最短”的性质解决.解决的关键是明确展开前后有关图形的对应关系.例5 如图5，在Rt△ABC中，AC=BC=[22]，若把Rt△ABC绕斜边AB所在的直线旋转一周，则所得几何体的表面积为（）.A.4πB.[42π]C.8πD.[82π]【分析】Rt△ABC绕斜边AB所在的直线旋转一周形成两个圆锥，而且两个圆锥的形状完全相同.求所得几何体的表面积的关键是求出锥体的底面半径.解：∵∠ACB=90°，AC=BC=[22]，∴AB=[222+222]=4，Rt△ABC绕斜边AB所在的直线旋转一周所形成的几何体是由有公共底面的两个相同圆锥构成，其底面半径为2，母线长为[22]，圆锥的侧面展开图是扇形，此扇形的弧长是圆锥的底面圆周长，即为2×π×2=4π，半径是圆锥的母线长[22]，根据扇形的面积公式可求得这个圆锥的侧面积为[12]×4π×[22]=[42]π，所以几何体的表面积为[42]π×2=[82]π.故选D.【点评】绕直角三角形的斜边旋转，首先要搞清直角三角形的直角边是圆锥的母线，斜边上的高是圆锥的底面圆半径.所以明确圆锥侧面展开图的扇形的弧长、半径与圆锥的底面圆周长、母线的对应关系是解决本题的关键.（作者单位：江苏省丰县初级中学）。

二、选填重难点突破题型六分类讨论问题类型一直角三角形中的分类讨论1.（2015宿迁）在平面直角坐标系中，点A，B的坐标分别为（-3,0）、（3，0），点P在反比例函数y=的图象上，若△PAB为直角三角形，则满足条件的点P的个数为（）A.2个B. 4个C. 5个D. 6个2.已知△ABC中，AB=20，AC=15，BC边上的高为12，则△ABC的周长为.类型二等腰三角形中的分类讨论1.已知△ABC的三条边长分别为3，4，6，在△ABC所在平面内画一条直线，将△ABC分割成两个三角形，使其中的一个是等腰三角形，则这样的直线最多可画（）A.6条B.7条C.8条D.9条2.在等腰△ABC中，∠ACB=90°，且AC=1.过点C作直线l∥AB，P为直线l上一点，且AP=AB.则点P到BC 所在直线的距离是 ( )A. 1B.1或C.1或D.或类型三相似三角形中的分类讨论1.（2014常州）如图，在直角梯形ABCD中，AD∥BC，∠ABC=90°，AB=8，AD=3，BC=4，点P为AB边上一动点，若△PAD与△PBC是相似三角形，则满足条件的点P 的个数是（）A.1个B.2个C.3个D. 4个2.（2015凉山州）在ABCD中，M，N是AD边上的三等分点，连接BD，MC相交于O点，则S△MOD∶S△COB =.类型四圆中的分类讨论在平面直角坐标系xOy中，直线l经过点A（-3，0），点B（0，3），点P的坐标为（1，0），⊙P与y轴相切于点O，若将⊙P沿x轴向左平移，平移后得到⊙P′（点P的对应点为P′），当⊙P′与直线l相交时，横坐标为整数的点P′共有 ( )A. 1个B.2个C. 3个D.4个【答案】类型一直角三角形中的分类讨论1. D【解析】如果以AB为直径画圆与双曲线相交，交点有4个，这四个点与AB组成的三角形是直角三角形而且是以AB为斜边，如果以A，B为直角顶点，则双曲线上还有两个点使△ABP为直角三角形，故选D.2. 60或42【解析】如解图，作AD⊥BC于点D，则AD为BC边上的高，AD=12,分两种情况：①高AD在三角形内，如解图①所示：在Rt△ADC中，由勾股定理得：AC2=AD2+DC2,∴DC=,在Rt△ADB中，由勾股定理得：AB2=AD2+BD2,∴BD=,∴BC=BD+DC=16+9=25,所以，△ABC的周长为AB+AC+BC=20+15+25=60.②高AD在三角形外，如解图②所示：在Rt△ADC中，由勾股定理得：AC2=AD2+DC2,∴DC=,在Rt△ADB中，由勾股定理得：AB2=AD2+BD2，∴BD=,∴BC=BD-DC=16-9=7,所以，△ABC的周长为AB+AC+BC=20+15+7=42.故△ABC的周长为60或42.类型二等腰三角形中的分类讨论1.B【解析】如解图所示：当BC1=AC1，AC=CC2，AB=BC3，AC4=CC4，AB=AC5，AB=AC6，BC7=CC7时，都能得到符合题意的等腰三角形.故选B.2. D【解析】分两种情况：如解图①，延长AC，作PD⊥BC交点为D，PE⊥AC，交点为点E，∵CP∥AB，∴∠PCD=∠CBA=45°，∴四边形CDPE是正方形，则CD=DP=PE=EC，∵在等腰Rt△ABC中，AC=BC=1，∴AB=，∴ＡＢ＝ＡＰ＝;∴在Rt△AEP中，（1+EC）2+EP2=AP2，∴（1+DP）2+DP2＝（）2，解得，DP＝或ＤＰ＝（与题意不符，舍去）;如解图②，延长BC，作PD⊥BC，交点为D，延长CA，作PE⊥CA，交点为E，同理可证，四边形CDPE是正方形，∴CD=DP=PE=EC，同理可得，在Rt△AEP中，（EC-1）2+EP2=AP2，∴（PD-1）2+PD2＝（）2，解得，PD＝或(与题意不符，舍去).故选D.类型三相似三角形中的分类讨论1. C【解析】∵AB⊥BC，∴∠B=90°.∵AD∥BC，∴∠A=180°-∠B=90°，∴∠PAD=∠PBC=90°，AB=8，。

圆的分类讨论例题及习题圆中的分类讨论题------之两解情况一、根据点与圆的位置分类例1、点P 是圆0所在平面上一定点，点 P 到圆上的最大距离和最短距离分别为8和2, 则该圆的半径为 ___________________ 。

解：过点P 和圆心0作直线分别与圆0相交于A 、B 两点。

PA 、 PB 分别表示圆上各点到点 P的最长距离和最短距离。

（1）当点P 在圆内时，如图1所示，直径（2）当点P 在圆外时，如图2所示，直径--1 - :H .所以，圆0的直径为2或6。

练习1:若。

0所在平面内一点P 到。

0上的点的最大距离为a ,最 小距离为b ，则此圆的半径为（）2: P 在。

0内，距圆心0的距离为4,。

0半径长为5,经过P 点， 有多少条？解：过P 点的弦长为整数的最短弦长是 6cm （该弦垂直于0P ，等于5与4的平方和的平方 根的2倍）；最长的是10cm （过0、P 的直径）；其间弦长为整数的长度还有 7、8、9cm ,所以共 有8条（其中的7、8、9各有两条，以0P 为对称轴）。

3:00的半径为2.5，动点P 到定点0的距离为2,动点Q 到P 的点的距离为1,则点P 、 Q 与O 0有何位置关系？二、弦与弦的位置关系不唯一，需要分类讨论例 1、圆 0 的直径为 10cm ,弦 AB//CD , AB=6cm , CD = 8cm ,求 AB 和CD 的距离。

解：（1）当AB 、CD 在圆心的同侧时，如图，过点 0作0M_AB 交 AB 于点M ，交CD于N ，连结OB 、0D ,得Rt 0MB , Rt 0ND ，然后 由勾股定理求0M = 4cm, 0N = 3cm ，故 AB 和 CD 的距离为 1cm 。

（2）当AB 、CD 在圆心的异侧时，如图9,仍可求得0M = 4cm, ON = 3cm 故AB 和CD 的距离为7cm 。

所以AB 和CD 的距离为1cm 和7cm 。

例2、已知弓形的弦长为8cm ,所在圆的半径为5cm ,则弓形的高为多少？ （ 2或8cm ）k _________ 止 ______________ ________ LAP . 定点 交于。

分类讨论大聚焦之圆中的分类讨论板块一：圆周角】点在优弧上、点在劣弧上【板块二：相切】相切分为内切、外切圆沿直线运动分为两类两圆四种相切方式：左边外切，左边内切，右边内切，右边外切；圆与定直线两种相切方式：左边相切、右边相切，或者上边相切、下边相切 两圆相内切，小圆大圆不确定，需要分类讨论.【板块三：弦】两弦可能在圆心同侧、异侧两圆心在公共弦同侧、异侧二、专项训练【板块一：圆周角】1. 已知，AB 是圆O 的弦，AC 是圆O 的切线，∠BAC=60°，则弦AB 所对的圆周角等于__________．2. （2010荆门）在⊙O 中，直径为4，弦AB =C 是圆上不同于A 、B 的点，那么∠ACB 度数为 ．【板块二：相切】3. 已知圆O1的半径为7，圆O 2的半径为9，两圆相切，求O 1 O 2．4. （2011广东）如图，⊙O 1、⊙O 2相内切于点A ，其半径分别是8和4，将⊙O 2沿直线O 1O 2平移至两圆相外切时，则点O 2移动的长度是（ ）A ．4B ．8C ．16D ．8 或165. (2011浙江) 如图，相距2cm 的两个点A 、B 在直线l 上，它们分别以2cm/s和1cm/s 的速度在l 上同时向右平移，当点 A 、B 分别平移到点A 1、B 1的位置时，半径为1cm 的⊙A 1与半径为BB 1的⊙B 相切，则点A 平移到点A 1的所用时间为 s.6. （2011江苏）在平面直角坐标系xOy 中，一次函数的图象是直线l 1，l 1与x 轴、y 轴分别相交于A 、B 两点．直线l 2过点C (a ，0)且与l 1垂直，其中a >0，点P 、Q 同时从A 点出发，其中点P 沿射线AB 运动，速度为每秒4个单位；点Q 沿射线AO 运动，速度为每秒5个单位.（1）写出A 点的坐标和AB 的长；（2）当点P 、Q 运动了t 秒时，以点Q 为圆心，PQ 为半径的⊙Q 与直线l 2 、y 轴都相切，求此时a 的值．7. 已知圆O 1和圆O 2相内切，圆心距为1cm ，圆O 2半径为4cm ，求圆O 1的半径．8. （2011江苏）如图，在Rt △ABC 中，∠ACB =90°，AC =6cm ，BC =8 cm ，P为BC 的中点．动点Q 从点P 出发，沿射线PC 方向以2 cm /s 的速度运动，以P 为圆心，PQ 长为半径作圆．设点Q 运动的时间为t s ．（1）当t =1.2时，判断直线AB 与⊙P 的位置关系，并说明理由； B A334y x =+（2）已知⊙O 为△ABC 的外接圆，若⊙P 与⊙O 相切，求t 的值．【板块三：弦】9. 圆O 的半径为5cm ，弦AB //CD ，AB =6cm ，CD =8cm ，求AB 和CD 间的距离．10. 已知圆O 的半径为1，弦AB，ACBAC ．11. 已知等腰△ABC 的三个顶点都在半径为5的⊙O 上，如果底边BC 的长为8，那么BC 边上的高为 ．12.相交两圆的半径分别为8和5，公共弦为8，这两个圆的圆心距等于_______．。