【分析】
(1)比较圆外角∠BDC与圆周角∠A的大小,可借助三角形外角大于任意不相邻内角的性质,结合同弧所对圆周角相等证明:作辅助线构造△BDE,得弧BC所对的圆周角∠BEC>∠BDC,再由∠A=∠BEC即可得结论。
(2)比较圆内角∠BDC与圆周角∠A的大小,同理延长CD交圆于点F,构造△BDF,得∠BDC>弧BC所对的圆周角∠BFC,再由∠A=∠BFC即可得结论。
(3)根据前两问结论可知:过M、N的圆与y轴相切时,切点P对应的∠MPN最大(y轴上其余点要么在圆外对应角更小,要么不存在更小的过M、N且与y轴有交点的圆)。设圆心为O',利用切线性质得半径等于圆心横坐标,结合垂径定理求MN的中点,再用勾股定理列方程求半径,即可得P点坐标,需分y轴正、负半轴两种情况讨论。
【解析】
(1)$\boldsymbol{∠A>∠BDC}$,理由如下:
如图①,设CD交$\odot O$于E,连接BE。
∵$∠ BEC$是$△ BDE$的外角,
∴$∠ BEC=∠ BDC+∠ DBE$,可得$∠ BEC>∠ BDC$。
又
∵$∠ A$与$∠ BEC$都是弧BC所对的圆周角,
∴$∠ A=∠ BEC$,因此$∠ A>∠ BDC$。
(2)$\boldsymbol{∠A<∠BDC}$,理由如下:
如图②,延长CD交$\odot O$于点F,连接BF。
∵$∠ BDC$是$△ BDF$的外角,
∴$∠ BDC=∠ BFC+∠ FBD$,可得$∠ BDC>∠ BFC$。
又
∵$∠ A$与$∠ BFC$都是弧BC所对的圆周角,
∴$∠ A=∠ BFC$,因此$∠ A<∠ BDC$。
(3)由(1)(2)的结论可得:当点P是经过M,N两点的圆和y轴相切的切点时,$∠ MPN$度数最大,分两种情况计算:
① 当点P在y轴的正半轴上时,如图③所示,设$\odot O'$和y轴相切,连接$O'P$,$O'M$,$O'N$,作$O'H⊥MN$,则四边形$OPO'H$是矩形,且由垂径定理得$MH=HN$。
∴$OP=O'H$,$O'P=OH=O'M$。
∵点M,N的坐标为$(1,0)$,$(4,0)$,
∴$OM=1$,$MN=4-1=3$,则$MH=HN=\frac{1}{2}MN=\frac{3}{2}$。
设$O'P=OH=O'M=x$,则$MH=OH-OM=x-1$,因此$x-1=\frac{3}{2}$,解得$x=\frac{5}{2}$。
在$Rt△ O'MH$中,由勾股定理得:$O'H=\sqrt{O'M^2-MH^2}=\sqrt{(\frac{5}{2})^2-(\frac{3}{2})^2}=2$,即$OP=2$,故点P的坐标为$(0,2)$。
② 当点P在y轴的负半轴上时,如图④,同理可得$O'H=OP=2$,故点P的坐标为$(0,-2)$。
【答案】
(1)$\boldsymbol{∠A>∠BDC}$,理由见解析;
(2)$\boldsymbol{∠A<∠BDC}$,理由见解析;
(3)当$∠ MPN$度数最大时,点P的坐标为$\boldsymbol{(0,2)}$或$\boldsymbol{(0,-2)}$

【知识点】
圆周角定理、三角形外角性质、切线的性质
【点评】
本题属于圆的综合探究题,前两问通过作辅助线探究了圆内角、圆外角与同弧所对圆周角的大小关系,为第三问的角度最值问题提供了推导依据。解题的核心是结合前两问结论确定角度最大时点P的位置,再结合圆的性质与勾股定理计算坐标,综合考察了类比推理能力与数形结合思想。
【难度系数】
0.6