Question

如圖，形如三角板的△ABC中，∠ACB=90°，∠ABC=30°，BC=10cm．點(diǎn)O以2cm/s的速度在直線BC上從左向右運(yùn)動(dòng)，設(shè)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t（s），當(dāng)t=0s時(shí)，點(diǎn)O在△ABC的左側(cè)，OC=5cm．以點(diǎn)O為圓心、cm長(zhǎng)度為半徑r的半圓O與直線BC交于D、E兩點(diǎn)
（1）當(dāng)t為何值時(shí)，△ABC的一邊所在直線與半圓O所在的圓相切？
（2）當(dāng)△ABC的一邊所在直線與半圓O所在的圓相切時(shí)，如果半圓O與直線DE圍成的區(qū)域與△ABC三邊圍成的區(qū)域有重疊部分，求重疊部分的面積．

Answer 1

解：（1）①如圖1，當(dāng)點(diǎn)E與點(diǎn)C重合時(shí)，
∵AC⊥DE，OC=OE=cm，
∴AC與半圓O所在的圓相切，
∵原來OC=5，
∴點(diǎn)O運(yùn)動(dòng)了（5-）cm，
∵點(diǎn)O以2cm/s的速度在直線BC上從左向右運(yùn)動(dòng)，
∴運(yùn)動(dòng)時(shí)間為：t=，
t=2（秒），
∴當(dāng)t=2時(shí)，△ABC的邊AC所在直線與半圓O所在的圓相切，
②如圖2，經(jīng)過t秒后，動(dòng)圓圓心移動(dòng)的為2t，而原來OB=OC+BC=15，此時(shí)動(dòng)圓圓心到B的距離為（15-2t），
此時(shí)動(dòng)圓圓心到AB的距離為（30度角所對(duì)的直角邊等于斜邊的一半），
而此時(shí)圓的半徑是t，
則可得：=t，
解得：t=5．
③如圖3，當(dāng)圓與AC相切時(shí)，2t-5=t，解得：t=秒；
④如圖4，當(dāng)點(diǎn)O運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的右側(cè)，OB=2t-5-BC=2t-15，
∵在Rt△QOB中，∠OBQ=30°，
∴OQ=OB=（2t-15）=t-，
圓O的半徑是t，則t-=，解得：t=15．
總之，當(dāng)t為2s，10s，s，15s時(shí)，△ABC的一邊所在的直線與半圓O所在圓相切．


（2）當(dāng)△ABC的一邊所在的直線與半圓O所在的圓相切時(shí)，半圓O與直徑DE圍成的區(qū)域與△ABC三邊圍成的區(qū)域有重疊部分的只有如圖②與③所示的兩種情形．
①如圖②，設(shè)OA與半圓O的交點(diǎn)為M，易知重疊部分是圓心角為90°，半徑為5cm的扇形，所求重疊部分面積為：S_扇形EOM=π×5²=π（cm²）
②圖③，當(dāng)圓O與AC相切時(shí)，半徑長(zhǎng)是×=，
則半圓O在△ABC的內(nèi)部，因而重合部分就是半圓O，則面積是：π（）²=．
分析：（1）隨著半圓的運(yùn)動(dòng)分四種情況：①當(dāng)點(diǎn)E與點(diǎn)C重合時(shí)，AC與半圓相切，②當(dāng)點(diǎn)O運(yùn)動(dòng)到點(diǎn)C時(shí)，AB與半圓相切，③當(dāng)點(diǎn)O運(yùn)動(dòng)到BC的中點(diǎn)時(shí)，AC再次與半圓相切，④當(dāng)點(diǎn)O運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)的右側(cè)時(shí)，AB的延長(zhǎng)線與半圓所在的圓相切．分別求得半圓的圓心移動(dòng)的距離后，再求得運(yùn)動(dòng)的時(shí)間．
（2）在1中的②，③中半圓與三角形有重合部分．在②圖中重疊部分是圓心角為90°，半徑為6cm的扇形，故可根據(jù)扇形的面積公式求解．在③圖中，所求重疊部分面積為=S_△POB+S_扇形DOP．
點(diǎn)評(píng)：本題利用了直線與圓相切的概念，扇形的面積公式，直角三角形的面積公式，銳角三角函數(shù)的概念求解．