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九年级数学解答题一般
题目

对于平面直角坐标系xOyxOy中的线段MNMN和点PP,给出如下定义:点AA是线段MNMN上一个动点,过点AA作线段MNMN的垂线ll,点PP是垂线ll上的另外一个动点.如果以点PP为旋转中心,将垂线ll沿逆时针方向旋转6060^{\circ}后与线段MNMN有公共点,我们就称点PP是线段MNMN的"关联点".

如图,M(1,2)M\left(1,2\right),N(4,2)N\left(4,2\right).

(1)在点P1(1,3)P_{1}\left(1,3\right),P2(4,0)P_{2}\left(4,0\right),P3(3,2)P_{3}\left(3,2\right)中,线段MNMN的"关联点"有___;

(2)如果点PP在直线y=x+1y=x+1上,且点PP是线段MNMN的"关联点",求点PP的横坐标xx的取值范围;

(3)如果点PP在以O(1,1)O\left(1,-1\right)为圆心,rr为半径的O\odot O上,且点PP是线段MNMN的"关联点",直接写出O\odot O半径rr的取值范围.

知识点:章节:第28章 圆 / 28.1 圆的概念及性质

答案与解析

答案

(1)\left(1\right)如图11所示:

\becauseAA是线段MNMN上一个动点,过点AA作线段MNMN的垂线ll,点PP是垂线ll上的另外一个动点,M(1,2)M\left(1,2\right)N(4,2)N\left(4,2\right)

\thereforePP的横坐标1x41\leqslant x\leqslant 4

\because以点PP为旋转中心,将垂线ll沿逆时针方向旋转6060^{\circ}后与线段MNMN有公共点,

MPN=60\angle MPN=60^{\circ}时,PM=MNtan60=33=3PM=\dfrac{MN}{\tan 60^{\circ}}=\dfrac{3}{\sqrt{3}}=\sqrt{3}

同理P\’N=3P\’N=\sqrt{3}

\thereforePP的纵坐标为232-\sqrt{3}2+32+\sqrt{3}

即纵坐标23y2+32-\sqrt{3}\leqslant y\leqslant 2+\sqrt{3}

\therefore线段MNMN的“关联点”有P1P_{1}P3P_{3}

故答案为:P1P_{1}P3P_{3}

(2)线段MNMN的“关联点”PP的位置如图22所示,,

\because直线y=x+1y=x+1经过点M(1,2)M\left(1,2\right)

x1\therefore x\geqslant 1

设直线y=x+1y=x+1P4NP_{4}N交于点AA

过点AAABMNAB\bot MNBB,延长ABABxx轴于CC

由题意得:在AMN\triangle AMN中,MN=3MN=3AMN=45\angle AMN=45^{\circ}ANM=30\angle ANM=30^{\circ}.

AB=MB=aAB=MB=a

tanANM=ABBN\therefore \tan \angle ANM=\dfrac{AB}{BN},即tan30=a3+a\tan 30^{\circ}=\dfrac{a}{3+a}

解得:a=3332a=\dfrac{3\sqrt{3}-3}{2}

\thereforeAA的横坐标为:x=a+1=3332+1=3312x=a+1=\dfrac{3\sqrt{3}-3}{2}+1=\dfrac{3\sqrt{3}-1}{2}

x3312\therefore x\leqslant \dfrac{3\sqrt{3}-1}{2}

综上所述:1x33121\leqslant x\leqslant \dfrac{3\sqrt{3}-1}{2}

\thereforePP的横坐标xx的取值范围为:1x33121\leqslant x\leqslant \dfrac{3\sqrt{3}-1}{2}

(3)点PP在以O(1,1)O\left(1,-1\right)为圆心,rr为半径的O\odot O上,且点PP是线段MNMN的“关联点”,如图33所示:

连接P4OP_{4}Oxx轴于点DDP4P_{4}MMDDOO共线,

则圆心OOP4P_{4}的距离为rr的最大值,由(1)知:MP4=NP5=3MP_{4}=NP_{5}=\sqrt{3}

OD+DM+MP4=1+2+3=3+3OD+DM+MP_{4}=1+2+\sqrt{3}=3+\sqrt{3}

圆心OOMP5MP_{5}的距离为rr的最小值,作OEMP5OE\bot MP_{5}EE,连接OP5OP_{5}

OEOErr的最小值,

MP5=MN2+NP52=32+(3)2=23MP_{5}=\sqrt{MN^{2}+NP_{5}^{2}}=\sqrt{3^{2}+\left(\sqrt{3}\right)^{2}}=2\sqrt{3}OM=OD+DM=1+2=3OM=OD+DM=1+2=3

OMP5\triangle OMP_{5}的面积=12OEMP5=12OMMN=\dfrac{1}{2}OE\cdot MP_{5}=\dfrac{1}{2}OM\cdot MN,即12×OE×23=12×3×3\dfrac{1}{2}\times OE\times 2\sqrt{3}=\dfrac{1}{2}\times 3\times 3

解得:OE=332OE=\dfrac{3\sqrt{3}}{2}

332r3+3\therefore \dfrac{3\sqrt{3}}{2}\leqslant r\leqslant 3+\sqrt{3}.

解析

(1)\left(1\right)如图11所示:

\becauseAA是线段MNMN上一个动点,过点AA作线段MNMN的垂线ll,点PP是垂线ll上的另外一个动点,M(1,2)M\left(1,2\right)N(4,2)N\left(4,2\right)

\thereforePP的横坐标1x41\leqslant x\leqslant 4

\because以点PP为旋转中心,将垂线ll沿逆时针方向旋转6060^{\circ}后与线段MNMN有公共点,

MPN=60\angle MPN=60^{\circ}时,PM=MNtan60=33=3PM=\dfrac{MN}{\tan 60^{\circ}}=\dfrac{3}{\sqrt{3}}=\sqrt{3}

同理P\’N=3P\’N=\sqrt{3}

\thereforePP的纵坐标为232-\sqrt{3}2+32+\sqrt{3}

即纵坐标23y2+32-\sqrt{3}\leqslant y\leqslant 2+\sqrt{3}

\therefore线段MNMN的“关联点”有P1P_{1}P3P_{3}

故答案为:P1P_{1}P3P_{3}

(2)线段MNMN的“关联点”PP的位置如图22所示,,

\because直线y=x+1y=x+1经过点M(1,2)M\left(1,2\right)

x1\therefore x\geqslant 1

设直线y=x+1y=x+1P4NP_{4}N交于点AA

过点AAABMNAB\bot MNBB,延长ABABxx轴于CC

由题意得:在AMN\triangle AMN中,MN=3MN=3AMN=45\angle AMN=45^{\circ}ANM=30\angle ANM=30^{\circ}.

AB=MB=aAB=MB=a

tanANM=ABBN\therefore \tan \angle ANM=\dfrac{AB}{BN},即tan30=a3+a\tan 30^{\circ}=\dfrac{a}{3+a}

解得:a=3332a=\dfrac{3\sqrt{3}-3}{2}

\thereforeAA的横坐标为:x=a+1=3332+1=3312x=a+1=\dfrac{3\sqrt{3}-3}{2}+1=\dfrac{3\sqrt{3}-1}{2}

x3312\therefore x\leqslant \dfrac{3\sqrt{3}-1}{2}

综上所述:1x33121\leqslant x\leqslant \dfrac{3\sqrt{3}-1}{2}

\thereforePP的横坐标xx的取值范围为:1x33121\leqslant x\leqslant \dfrac{3\sqrt{3}-1}{2}

(3)点PP在以O(1,1)O\left(1,-1\right)为圆心,rr为半径的O\odot O上,且点PP是线段MNMN的“关联点”,如图33所示:

连接P4OP_{4}Oxx轴于点DDP4P_{4}MMDDOO共线,

则圆心OOP4P_{4}的距离为rr的最大值,由(1)知:MP4=NP5=3MP_{4}=NP_{5}=\sqrt{3}

OD+DM+MP4=1+2+3=3+3OD+DM+MP_{4}=1+2+\sqrt{3}=3+\sqrt{3}

圆心OOMP5MP_{5}的距离为rr的最小值,作OEMP5OE\bot MP_{5}EE,连接OP5OP_{5}

OEOErr的最小值,

MP5=MN2+NP52=32+(3)2=23MP_{5}=\sqrt{MN^{2}+NP_{5}^{2}}=\sqrt{3^{2}+\left(\sqrt{3}\right)^{2}}=2\sqrt{3}OM=OD+DM=1+2=3OM=OD+DM=1+2=3

OMP5\triangle OMP_{5}的面积=12OEMP5=12OMMN=\dfrac{1}{2}OE\cdot MP_{5}=\dfrac{1}{2}OM\cdot MN,即12×OE×23=12×3×3\dfrac{1}{2}\times OE\times 2\sqrt{3}=\dfrac{1}{2}\times 3\times 3

解得:OE=332OE=\dfrac{3\sqrt{3}}{2}

332r3+3\therefore \dfrac{3\sqrt{3}}{2}\leqslant r\leqslant 3+\sqrt{3}.

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