.在平面直角坐标系xOy中,给出如下定义:对于⊙C及⊙C外一点P,M,N是⊙C上两点,当∠MPN最大,称∠MPN为点P关于⊙C的“视角”.直线l与⊙C相离,点Q在直线l上运动,当点Q关于⊙C的“视角”最大时,则称这个最大的“视角”为直线l关于⊙C的“视角”.
(1)如图,⊙O的半径为1,
①已知点A(1,1),直接写出点A关于⊙O的“视角”;已知直线y=2,直接写出直线y=2关于⊙O的“视角”;
②若点B关于⊙O的“视角”为60°,直接写出一个符合条件的B点坐标;
(2)⊙C的半径为1,
①点C的坐标为(1,2),直线l:y=kx+b(k>0)经过点D(﹣2+1,0),若直线l关于⊙C的“视角”为60°,求k的值;
②圆心C在x轴正半轴上运动,若直线y=x+
关于⊙C的“视角”大于120°,直接写出圆心C的横坐标xC的取值范
围.
【考点】圆的综合题.
【分析】(1)①如图1中,过点A作⊙O的切线,切点分别为E、F.点A关于⊙O的“视角”就是两条切线的夹角.∠MPN就是直接写出直线y=2关于⊙O的“视角”;②由①可知,点P关于⊙O的“视角”为60°,根据对称性即可推出点B坐标.
(2)①对于⊙C外的点P,点P关于⊙C的“视角”为60°,则点P在以C为圆心,2为半径的圆上.又直线l关于⊙C的“视角”为60°,此时,点P是直线l上与圆心C的距离最短的点,推出CP⊥直线l,则直线l是以C为圆心,2为半径的圆的一条切线,如图所示.作CH⊥x轴于点H,想办法求出点P坐标即可解决问题.②如图2中,当⊙C与直线y=x+
相切时,设切点为P,连接PC则PC⊥AP,想办法求出点C坐标,如图3中,设直线y=
x+
关于⊙C的“视角”为120°,求出此时的点C坐标,即可解决问题.
【解答】解:(1)①如图1中,过点A作⊙O的切线,切点分别为E、F.
∵A(1,1),⊙O的半径为1,
∴四边形AEOF是正方形,
∴点A关于⊙O的“视角”为∠EAF=90°,
设直线y=2与y轴的交点为P,过点P作⊙O的切线,切点分别为M、N.
在Rt△POM中,∵PO=2OM,
∴∠OPM=30°,同理∠OPA=30°,
∴∠MPN=60°,
∴直线y=2关于⊙O的“视角”为60°,
故答案分别为90°,60°.
②由①可知,点P关于⊙O的“视角”为60°,
∴B(0,2),根据对称性点B得到坐标还可以为(2,0)或(﹣2,0)或(0,﹣2)(本题答案不唯一)
(2)解:①如图1中,
∵直线l:y=kx+b(k>0)经过点D(﹣2+1,0),
∴(﹣2+1)k+b=0,
∴b=2k﹣k,
∴直线l:y=kx+2k﹣k,
对于⊙C外的点P,点P关于⊙C的“视角”为60°,
则点P在以C为圆心,2为半径的圆上.
又直线l关于⊙C的“视角”为60°,此时,点P是直线l上与圆心C的距离最短的点.
∴CP⊥直线l.
则直线l是以C为圆心,2为半径的圆的一条切线,如图1所示.作CH⊥x轴于点H,
∴点H的坐标为(1,0),
∴DH=.
∴∠CDH=30°,∠PDH=60°,
可求得点P的坐标(﹣+1,3).
∴3=(﹣+1)k+2
k﹣k,
∴k=.
②如图2中,当⊙C与直线y=x+
相切时,设切点为P,连接PC则PC⊥AP,
∵直线y=x+与x轴的交点为A(﹣1,0),与y轴的交点为(0,
),
∴tan∠BAO==
,
∴∠BAO=60°,
∵PC⊥AP,
在Rt△APC中,PC=1,
∴AC=PC÷cos30°=,
∴OC=﹣1,
如图3中,设直线y=x+
关于⊙C的“视角”为120°,
作CP⊥AB于P,PE、PF是⊙C的切线,E、F是切点,则∠CPE=60°,PC=CE÷sin60°=,
在Rt△APC中,AC=PC÷sin60°=,
∴OC=﹣1=
,
∴直线y=x+
关于⊙C的“视角”大于120°时,圆心C的横坐标xC的取值范围
﹣1<xC<
.
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