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多维度巧解以圆为背景的最值问题

2021-12-26蒋敏李鲜

数理化解题研究 2021年34期
关键词:多维度

蒋 敏 李 鲜

(四川省南充龙门中学 637130)

圆是一类特殊的几何图形,它形式简洁,图形优美,生活中随处可见,具有高度的对称性.以圆为背景,考察最大值、最小值,取值范围等等,是解析几何中常见的一类题型.它涉及的学科知识内涵丰富,解题构思常常巧妙灵活,能够很好的锻炼学生的数学思维能力,进一步渗透数学学科核心素养.在课堂教学中,结合学生实际,教师积极引导,学生自主探究,以微专题的形式,多维度巧解以圆为背景的最值问题,让解题教学的育人目标能够顺利达成、落地生根.

一、以斜率、截距、距离的几何意义为视角巧解最值

例1已知实数x、y满足方程x2+y2-4x+1=0.求:

(2)y-x的最小值;

(3)x2+y2的最大值和最小值.

图1

类题巩固1 已知(x-2)2+(y-1)2=1,求(x-1)2+y2的最值.

解析令(x-1)2+y2=r2是以(1,0)为圆心,半径为r的同心圆,问题转化为求在(x-2)2+(y-1)2=1条件下,半径r的最值.

例2 设点M(x0,1),若在圆O:x2+y2=1上存在点N,使得∠OMN=45°,则x0的取值范围是( ).

图2

点评由题易知,随着N点在圆上的移动,∠OMN的大小在变化,只有N点运动到让MN是圆的切线时,∠OMN最大.结合图形可知当∠OMN≥45°,则圆上就存在满足条件的点.

类题巩固2 已知圆C:x2+y2=4,点P(x0,y0)在直线x-y-4=0上,O为坐标原点,若圆C上存在点Q,使∠OPQ=30°,则x0的取值范围为____.

解析过点P作圆C的切线,切点为D,连结CD,则CD⊥PD,若∠DPC=30°,则PC=2CD=4;

二、以构造函数法的视角来巧解最值

点评根据条件列出关于所求目标函数的关系式,然后转化为函数求最值.这是求圆中最值的常用方法.同时,解答中尤其要结合变量的取值范围.

三、以常用的不等式性质的视角来巧解最值

例4 在平面直……

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