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        圓與圓的綜合題(上)

        2019-04-01 09:39:00甘曉云
        學(xué)苑創(chuàng)造·C版 2019年2期
        關(guān)鍵詞:弧長圓心角半圓

        “與圓有關(guān)的綜合題”系列一經(jīng)推出,受到了不少“造粉”的喜愛,大臉兔在QQ以及“學(xué)苑創(chuàng)造雜志”的微信公眾號(hào)后臺(tái)都收到了同學(xué)們的熱烈反饋,希望還能繼續(xù)推出這系列的文章。所以大臉兔再次邀請(qǐng)甘曉云老師來為同學(xué)們講解與圓有關(guān)的綜合題。大家可要認(rèn)真學(xué)習(xí)喲。

        在初中階段,圓與圓的綜合題不會(huì)太難,大致可以分為兩類:一是求面積(這類題目大多與弧的知識(shí)相關(guān));二是求(證明)切線(下期講).本期先講解求面積.

        一、求面積

        這類題仔細(xì)觀察你就會(huì)發(fā)現(xiàn),將圖形進(jìn)行割補(bǔ)往往能湊成我們熟悉的規(guī)則圖形,再利用規(guī)則圖形的面積和差就能很快計(jì)算出所求部分的面積.

        1.如圖,在半徑為1cm,圓心角為90°的扇形OAB中,分別以O(shè)A,OB為直徑作半圓,則圖中陰影部分的面積為( ).

        A.πcm2 B.[23]πcm2 C.[12]cm2 D.[23]cm2

        【解析】仔細(xì)看圖形,不難發(fā)現(xiàn),將陰影部分進(jìn)行拼湊,會(huì)得到一個(gè)直角三角形.已知半徑,只需要勾股定理求出AB的長度即可.答案C.

        【點(diǎn)撥】雖然本題沒有涉及扇形、弧長等知識(shí),但是既然出現(xiàn)了這樣的圖形,我們就一起來復(fù)習(xí)扇形的相關(guān)知識(shí)——

        一條弧和經(jīng)過這條弧兩端的兩條半徑所圍成的圖形叫扇形(半圓與直徑的組合也是扇形).顯然,它是由圓周的一部分與它所對(duì)應(yīng)的圓心角圍成。

        扇形面積公式:[S扇]=[n360πR2=12lR],其中n是扇形的圓心角度數(shù),R是扇形的半徑,l是扇形的弧長.

        2.如圖,⊙A與⊙B外切于⊙O的圓心O,⊙O的半徑為1,則陰影部分的面積是_____________.

        【解析】首先觀察圖形,陰影部分的面積等于⊙O的面積減去空白部分的面積,但是這個(gè)空白部分不是我們熟悉的圖形,所以我們必須添加輔助線,讓它變成我們熟悉的圖形.

        連接DF,DB,F(xiàn)B,OB,OD,因?yàn)椤袿的半徑為1,所以O(shè)B=BD=BF=OD=1,即△OBD是等邊三角形,則有DF垂直平分OB,交點(diǎn)為G,那么空白部分的面積就是4個(gè)相同的ODF的面積.

        ODF是個(gè)弓形,弓形面積就是扇形面積與圓心角的面積之差.我們只需要求出一個(gè)弓形ODF的面積即可.

        根據(jù)勾股定理,DF=2[(BD2-DG2)]=2[1-14]=[3]

        S弓形ODF=S扇形BDF-S△BDF=[n360πR2]-[12]DF×BG=[120π×12360-12×3×12]=[π3-34]

        所以S陰影部分=S⊙O[-]4S弓形ODF=[π-4×π3-34=3-π3]

        【點(diǎn)撥】本題考查了圓與圓的位置關(guān)系以及扇形面積的計(jì)算.解題的關(guān)鍵是明確不規(guī)則的陰影部分的面積如何轉(zhuǎn)化為規(guī)則的幾何圖形的面積.

        3.如圖,半徑為2cm,圓心角為90°的扇形OAB中,分別以O(shè)A,OB為直徑作半圓,則圖中陰影部分的面積為( ).

        A.[π2-1]cm2 B.[π2+1]cm2 C.1cm2 D.[π2]cm2

        【解析】陰影部分的面積不是我們熟悉的圖形,但是通過觀察,可以發(fā)現(xiàn),陰影部分的面積等于扇形AOB的面積減去以O(shè)B為直徑的半圓,和一個(gè)三角形.這個(gè)三角形就是通過割補(bǔ)的方式湊出來的,你發(fā)現(xiàn)了嗎?

        建立起了關(guān)系,我們添加輔助線即可求解.

        如圖所示,設(shè)以O(shè)A,OB為直徑作的兩個(gè)半圓相交于點(diǎn)D,連接OD.

        因?yàn)樯刃蜲AB的圓心角為90°,半徑為2,所以S扇形AOB=[90π×22360=π](cm2)

        以O(shè)B為直徑的半圓的面積為:[12×π×12=π2](cm2)

        因?yàn)槿切蜛OB是等腰直角三角形,點(diǎn)D是AB的中點(diǎn),所以過點(diǎn)D做OA的垂線,交OA于點(diǎn)E,則DE=[12]OB=1cm,那么Rt△OAD的面積等于[12]×2×1=1(cm2).

        陰影部分的面積=扇形OAB的面積[-]以O(shè)B為直徑的半圓的面積[-]Rt△OAD的面積=[π-π2-1=π2-1](cm2).

        除了這種割補(bǔ)的方法,你還有其他方法嗎?試一試吧!

        4.如圖,把一個(gè)斜邊長為2且含有30°角的直角三角板ABC繞直角頂點(diǎn)C順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°到△A1B1C,則在旋轉(zhuǎn)過程中,這個(gè)三角板掃過的圖形的面積是( ).

        A.[π] B.[3] C.[3π4+32] D.[11π12+34]

        【解析】解題之前必須明確,三角板掃過的圖形面積是由以BC為半徑的扇形,包含∠BAC的三角形以及以AC為半徑的扇形.明確這點(diǎn)之后我們就可以添加輔助線求解了.

        如圖所示,設(shè)點(diǎn)B掃過的路線與AB的交點(diǎn)為D,連接CD.因?yàn)锽C=DC,且∠B=60°,所以△BCD是等邊三角形.

        利用勾股定理求出BC=1,AC=[3].因此BD=BC=1.由此推出點(diǎn)D是AB的中點(diǎn),所以△ACD的面積等于△ABC的面積的一半.

        所以S△ACD=[12×1×3=32],S扇形BCD=[n360πR2]=[60360]π×12=[π6],S扇形ACA1=[n360πR2]=[90360]π×[3]2=[3π4].

        三角板ABC掃過的面積=S扇形ACA1+S扇形BCD+S△ACD=[3π4+π6+32]=[11π12+34],答案選D.

        【點(diǎn)撥】此題不僅考查了旋轉(zhuǎn)的性質(zhì),還考查了直角三角形的性質(zhì)以及等邊三角形的性質(zhì),同學(xué)們要注意掌握旋轉(zhuǎn)前后圖形的對(duì)應(yīng)關(guān)系.掃過的面積分成兩個(gè)扇形的面積與一個(gè)三角形面積是解題的關(guān)鍵,也是本題的難點(diǎn).不少同學(xué)會(huì)想當(dāng)然認(rèn)為三角板掃過的圖形只有兩個(gè)扇形,于是求出來的答案會(huì)是A.同學(xué)們一定要注意審題,避免犯此類錯(cuò)誤.

        5.如圖,在正方形鐵皮上剪下一個(gè)圓形和扇形,使之恰好圍成如圖所示的一個(gè)圓錐模型.設(shè)圓的半徑為r,扇形的半徑為R,則圓的半徑與扇形半徑之間的關(guān)系為( ).

        A.R=2r B.R=r C.R=3r D.R=4r

        【解析】根據(jù)弧長公式l=[nπR180]計(jì)算出扇形的弧長=[90πR180]=[12]πR,圓的周長C=2πr;再根據(jù)圓錐的側(cè)面展開圖為扇形,扇形的弧長等于圓錐底面圓的周長得到[12]πR=2πr,即可得到R與r的關(guān)系R=4r.故選B.

        【點(diǎn)評(píng)】本題除了考查弧長的計(jì)算公式,還考查了圓錐的計(jì)算,圓錐的側(cè)面展開圖為扇形,扇形的半徑等于圓錐的母線長,扇形的弧長等于圓錐底面圓的周長.

        6.如圖,六邊形ABCDEF是正六邊形,曲線FK1K2K3K4K5K6K7…叫做“正六邊形的漸開線”,其中[FK1],[K1K2],[K2K3],[K3K4],[K4K5],[K5K6],…的圓心依次按點(diǎn)A,B,C,D,E,F(xiàn)循環(huán),其弧長分別記為l1,l2,l3,l4,l5,l6,…當(dāng)AB=1時(shí),l2011等于( ).

        A.[2011π2] B.[2011π3] C.[2011π4] D.[2011π6]

        【解析】我們先來試著求幾個(gè)弧長:

        l1=[nπR180]=[60π×1180=π3];l2=[60π×2180]=[2π3];l3=[60π×3180=3π3];l4=[60π×4180=4π3]…

        按照這個(gè)規(guī)律,不難推出l2011=[60π×2011180=2011π3],故答案選B.

        【點(diǎn)撥】本題并不難,雖然題目看起來復(fù)雜,但實(shí)際上就是考查同學(xué)們是否對(duì)弧長公式了然于胸,只要記得公式,順勢(shì)推導(dǎo)就能得出答案.

        7.如圖,在平面直角坐標(biāo)系中,點(diǎn)A,B均在函數(shù)y=[kx](k>0,x>0)的圖象上,⊙A與x軸相切,⊙B與y軸相切.若點(diǎn)B的坐標(biāo)為(1,6),⊙A的半徑是⊙B的半徑的2倍,則點(diǎn)A的坐標(biāo)為( ).

        A.(2,2) B.(2,3) C.(3,2) D.[4,32]

        【解析】雖然這道題與函數(shù)圖象相結(jié)合,但只要弄清題意就能找到解題思路.函數(shù)是未知的,但是函數(shù)上的點(diǎn)是已知的,先把B點(diǎn)的坐標(biāo)帶入函數(shù),求出k=6,得出函數(shù)的解析式是y=[6x].因?yàn)辄c(diǎn)B的坐標(biāo)為(1,6),且⊙B與y軸相切,所以⊙B的半徑是1,則⊙A的半徑是2,把y=2代入函數(shù)的解析式y(tǒng)=[6x],得x=3,則點(diǎn)A的坐標(biāo)即可求出,為(3,2).故答案選C.

        【點(diǎn)撥】本題主要考查待定系數(shù)法求函數(shù)的解析式,以及斜線的性質(zhì),圓的切線垂直于經(jīng)過切點(diǎn)的半徑的相關(guān)知識(shí)點(diǎn).

        【舉一反三】

        1.右圖為△ABC與⊙O的重疊情形,其中BC為⊙O之直徑,若∠A=70°,[BC]=2,則圖中灰色區(qū)域的面積為( ).

        A.[55π360] B.[110π360]

        C.[125π360] D.[140π360]

        2.如圖,將△AOB繞點(diǎn)O按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)45°后得到△A′OB′,若∠AOB=15°,則∠AOB′的度數(shù)是( ).

        A.25° B.30°

        C.35° D.40°

        3.如圖,AB,CD是兩條相互垂直的公路,設(shè)計(jì)時(shí)想在拐彎處用一段圓弧形彎道把它們連接起來(圓弧在A,C兩點(diǎn)處分別與道路相切),測得AC=60米,∠ACP=45°.

        (1)在圖中畫出圓弧形彎道的示意圖;

        (2)求彎道部分的長.(結(jié)果保留四個(gè)有效數(shù)字).

        (答案在本期找)

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