已知⊙O的半径为1,以O为原点,建立如图所示的直角坐标系.有一个正方形ABCD,顶点B的坐标为(,0),顶点A在x轴上方,顶点D在⊙O上运动.
(1)当点D运动到与点A、O在一条直线上时,CD与⊙O相切吗?如果相切,请说明理由,并求出OD所在直线对应的函数表达式;如果不相切,也请说明理由;
(2)设点D的横坐标为x,正方形ABCD的面积为S,求出S与x的函数关系式,并求出S的最大值和最小值.
网友回答
解:(1)CD与⊙O相切.
∵A、D、O在一直线上,∠ADC=90°,
∴∠CDO=90°,
∴CD是⊙O的切线.
CD与⊙O相切时,有两种情况:
①切点在第二象限时(如图1),
设正方形ABCD的边长为a,则a2+(a+1)2=13,
解得a=2,或a=-3(舍去),
过点D作DE⊥OB于E,
则Rt△ODE∽Rt△OBA,
∴,
∴DE=,OE=,
∴点D1的坐标是(-,),
∴OD所在直线对应的函数表达式为y=;
②切点在第四象限时(如图2),
设正方形ABCD的边长为b,则b2+(b-1)2=13,
解得b=-2(舍去),或b=3,
过点D作DF⊥OB于F,则Rt△ODF∽Rt△OBA,
∴,
∴OF=,DF=,
∴点D2的坐标是(,-),
∴OD所在直线对应的函数表达式为y=;
(2)如图3,
过点D作DG⊥OB于G,连接BD、OD,
则BD2=BG2+DG2=(BO-OG)2+OD2-OG2=(--x)2+1-x2=14+2x,
∴S=AB2=BD2=7+x,
∵-1≤x≤1,
∴S的最大值为7+,S的最小值为7-.
解析分析:(1)易证CD是⊙O的切线,根据Rt△ODE∽Rt△OBA得到DE的长,再求出D1的坐标,根据待定系数法,求出函数解析式;
(2)过点D作DG⊥OB于G,连接BD、OD,则BD2=BG2+DG2=(BO-OG)2+OD2-OG2,所以S=AB2=BD2=7+x,因为-1≤x≤1,所以S的最大值就可以求出.
点评:最值问题的解决方法,一般是转化为函数问题,转化为求函数的最值.