Question

【题目】如图，在Rt△ABC中，∠ACB=90°，AC=4cm，BC=3cm，⊙O为△ABC的内切圆．
（1）求⊙O的半径；
（2）点P从点B沿边BA向点A以1cm/s的速度匀速运动，以P为圆心，PB长为半径作圆，设点P运动的时间为t s，若⊙P与⊙O相切，求t的值．

Answer 1

【答案】
（1）解：如图1，设⊙O与AB、BC、CA的切点分别为D、E、F，连接OD、OE、OF，

则AD=AF，BD=BE，CE=CF．

∵⊙O为△ABC的内切圆，

∴OF⊥AC，OE⊥BC，即∠OFC=∠OEC=90°．

∵∠C=90°，

∴四边形CEOF是矩形，

∵OE=OF，

∴四边形CEOF是正方形．

设⊙O的半径为rcm，则FC=EC=OE=rcm，

在Rt△ABC中，∠ACB=90°，AC=4cm，BC=3cm，

∴AB= =5cm．

∵AD=AF=AC﹣FC=4﹣r，BD=BE=BC﹣EC=3﹣r，

∴4﹣r+3﹣r=5，

解得 r=1，即⊙O的半径为1cm．

（2）解：如图2，过点P作PG⊥BC，垂足为G．

∵∠PGB=∠C=90°，

∴PG∥AC．

∴△PBG∽△ABC，

∴ ．

∵BP=t，

∴PG= = ，BG= = ．

若⊙P与⊙O相切，则可分为两种情况，⊙P与⊙O外切，⊙P与⊙O内切．

①当⊙P与⊙O外切时，

如图3，连接OP，则OP=1+t，过点P作PH⊥OE，垂足为H．

∵∠PHE=∠HEG=∠PGE=90°，

∴四边形PHEG是矩形，

∴HE=PG，PH=GE，

∴OH=OE﹣HE=1﹣ ，PH=GE=BC﹣EC﹣BG=3﹣1﹣ =2﹣ ．

在Rt△OPH中，

由勾股定理， ，

解得 t= ．

②当⊙P与⊙O内切时，

如图4，连接OP，则OP=t﹣1，过点O作OM⊥PG，垂足为M．

∵∠MGE=∠OEG=∠OMG=90°，

∴四边形OEGM是矩形，

∴MG=OE，OM=EG，

∴PM=PG﹣MG= ，

OM=EG=BC﹣EC﹣BG=3﹣1﹣ =2﹣ ，

在Rt△OPM中，

由勾股定理， ，

解得 t=2．

综上所述，⊙P与⊙O相切时，t= s或t=2s．

另解：外切时，OP2=OD2+DP2．内切时，（t﹣1）2=12的平方加（t﹣2）2．

【解析】（1）求圆的半径，因为相切，我们通常连接切点和圆心，设出半径，再利用圆的性质和直角三角形性质表示其中关系，得到方程，求解即得半径．（2）考虑两圆相切，且一圆已固定，一般就有两种情形，外切与内切．所以我们要分别讨论，当外切时，圆心距等于两圆半径的和；当内切时，圆心距等于大圆与小圆半径的差．分别作垂线构造直角三角形，类似（1）通过表示边长之间的关系列方程，易得t的值．