师:同学们,今天我们学习圆的综合习题课,求动点的运动路径长。首先,我们来看看什么是动点问题。动点型问题指图形中存在一个或多个动点,它们在某条线段、射线或弧线上运动,进而引起另一图形的变化。从运动变化的角度研究探索图形性质及变化,解题过程渗透空间观念和合情推理,这是一类开放性题目,对同学们观察能力和创新能力要求较高,题目难度一般较大,是中考试题的热点题型。解决这类问题的关键是动中求静,在变化中找到不变的性质,这也是动态几何数学问题最核心的本质。
师:给大家看几道中考卷中的动点求运动路径长问题,这是2010年广州中考压轴题,这是2018年广州中考压轴题。这节课我们的学习目标是学会分析动点问题,抓住关键点,寻找动中不动的量或关系,即动中求静;通过独立思考,探究动点问题中应用的数学思想;激情投入,培养分析问题和解决问题的能力,树立学习自信。
师:我们先来做三个小题,回顾学过的知识,为今天的课做好铺垫。第一题,答案是120度,用到的知识是同弧所对的圆周角是圆心角的一半。第二题,答案是32度,用到的知识是同弧所对的圆周角相等。第三题,答案是10π,用到的知识是弧长公式。再来四个小题。第一题答案是120度。第二题答案是180度。第三题答案是240度。第四题答案是360度 - 2α。现在大家思考一下,我们知道同一条弧所对的圆周角都是相等的,那如果一条线段所对的角度不变,这样的角有多少个呢?
生:无数个。
师:若把这些角的顶点连接起来,所得到的图形是什么呢?
生:一段圆弧。
师:为什么呢?我们来探究一下。我们知道同弧所对的圆周角相等,那么相等的角顶点是否一定在一段圆弧上呢?我们先来看一个特殊的例子。以AB为直径作圆O,任意选取C、D、E三个点,且点C在圆上,点D在圆内,点E在圆外。因为直径所对的圆周角是90度,所以∠C是90度,那么∠D和∠E有没有可能也是90度呢?
生:不可能。
师:为什么呢?我们可以延长BD到P交圆O于点P,因为同弧所对的圆周角相等,所以∠P = ∠C = 90度。而根据三角形外角的性质,三角形的外角等于和它不相邻的两个内角之和,所以三角形的外角大于和它不相邻的内角。这样一来,∠ADB就大于∠P,也就是大于90度了。类似的,令AE与圆O交于点Q,连接BQ,因为同弧所对的圆周角相等,所以∠AQB = ∠C = 90度。而根据三角形外角的性质,∠E就小于∠AQB,也就是小于90度了。
师:当然,90度这个角太特殊了,换成一个普通角,定线定角是否还能确定定弧呢?按照刚刚同样的思路分析一下,我们很容易得到同样的结论。区别只是定角是90度的时候,AB是圆的直径,圆心是AB的中点;定角不是90度的时候,AB是一条普通的弦,圆心不在AB上。
师:那么我们如何确定弧呢?要想确定一段弧,关键是确定圆心和半径。我们以这题为例,点P在线段AB上方,且∠APB = 80度,求点P的运动路径。很明显,现在我们都知道就是一段圆弧,∠APB是圆周角,等于80度,所以对应的圆心角应该是160度,这样我们就好确定圆心和半径了。我们只需要先做线段AB的垂直平分线,再把线段AB绕点A逆时针旋转10度,交刚才的垂直平分线于点O,这个O就是圆心了。为什么呢?道理很简单,因为圆心角是160度,根据三角形的内角和是180度,而三角形OAB又是等腰三角形,所以∠OAB和∠OBA都只能是10度。这样我们就顺利地确定了圆心,连结OA得到半径,现在就可以以O为圆心,以OA的长为半径作出符合要求的弧了。
师:探究一,求点P的运动路径长这类问题的关键是判断点的运动路径是什么。由于∠APB = 90度,我们可以确定点P在以AB为直径的圆弧上运动。求一段弧长需要知道哪些量?
生:圆心角和半径。
师:现在请大家3分钟独立完成探究一。要求如上,点P在以AB为直径的圆弧上运动。由于P在线段AB上方,AB = 2,所以圆心角是180度,半径是1,路径是一个半圆,路径长是π。通过刚刚的探究,大家一起来提炼一下方法,求运动路径问题。首先我们要判断路径是什么,路径是圆弧,特点就是定线段对应定角,然后我们求弧长,需要确定圆心的位置,圆心角的度数,半径的大小。再来看看探究2。点M从点B运动到点C的过程中,点P是如何运动的?如何判断点P的路径。有些同学可能会猜测点P的路径是一段弧,但是为什么是圆弧呢?我们可以大胆猜测,更要小心求证。为什么是圆弧,我们要思考一下在点M运动的过程中,有哪些关系或量是不变的,能否找到定线段和定角,这就是求点P运动的路径长最关键的地方。
