一 圆周角定理
[对应学生用书P18]
1.圆周角定理
文字语言 圆上一条弧所对的圆周角等于它所对的圆心角的一半
图形语言
符号语言 在⊙O中,所对的圆周角和圆心角分别是∠BAC,∠BOC,则有∠BAC=∠BOC
作用 确定圆中两个角的大小关系
2.圆心角定理
文字语言 圆心角的度数等于它所对弧的度数
图形语言
符号语言 A,B是⊙O上两点,则弧的度数等于∠AOB的度数
作用 确定圆弧或圆心角的度数
3.圆周角定理的推论
(1)推论1:同弧或等弧所对的圆周角相等;同圆或等圆中,相等的圆周角所对的弧也相等.
(2)推论2:半圆(或直径)所对的圆周角是直角;90°的圆周角所对的弦是直径.
[说明] (1)圆心角的度数和它所对的弧的度数相等,但并不是“圆心角等于它所对的弧”;
(2)“相等的圆周角所对的弧也相等”的前提条件是“在同圆或等圆中”.
[对应学生用书P18]
与圆周角定理相关的证明
[例1] 如图,已知:△ABC内接于⊙O,D、E在BC边上,且BD=CE,∠1=∠2,求证:AB=AC.
[思路点拨] 证明此题可先添加辅助线构造等弦、等弧的条件,再由圆周角定理及其推论证明.
[证明] 如图,延长AD、AE分别交⊙O于F、G,连接BF、CG,
∵∠1=∠2,
∴=,
∴BF=CG,=,
∴∠FBD=∠GCE.
又∵BD=CE,
∴△BFD≌△CGE,∴∠F=∠G,
∴=,∴AB=AC.
(1)有关圆的题目中,圆周角与它所对的弧经常相互转化,即欲证圆周角相等,可转化为证明它们所对的弧相等;要证线段相等可以转化为证明它们所对的弧相等,这是证明圆中线段相等的常见策略.
(2)若已知条件中出现直径,则常用到“直径所对的圆周角为直角”这一性质解决问题.
1.如图,OA是⊙O的半径,以OA为直径的⊙C与⊙O的弦AB相交于点D.
求证:D是AB的中点.
证明:连接OD、BE.
因为∠ADO=∠ABE=90°,
所以OD和BE平行.
又因为O是AE的中点,
所以D是AB的中点.
2.已知AD是△ABC的高,AE是△ABC的外接圆的直径.
求证:∠BAE=∠DAC.
证明:连接BE,
因为AE为直径,
所以∠ABE=90°.
因为AD是△ABC的高,
所以∠ADC=90°.
所以∠ADC=∠ABE.
因为∠E=∠C,
所以∠BAE=90°-∠E,
∠DAC=90°-∠C.
所以∠BAE=∠DAC.
3.已知⊙O中,AB=AC,D是BC延长线上一点,AD交⊙O于E.
求证:AB2=AD·AE.
证明:如图,
∵AB=AC,∴=.
∴∠ABD=∠AEB.
在△ABE与△ADB中,
∠BAE=∠DAB,
∠AEB=∠ABD,
∴△ABE∽△ADB.
∴=,即AB2=AD·AE.
利用圆周角进行计算
[例2] 如图,已知BC为半⊙O的直径,AD⊥BC,垂足为D,BF交AD于E,且AE=BE.
(1)求证:=;
(2)如果sin ∠FBC=,AB=4,求AD的长.
[思路点拨] BC为半⊙O的直径,连接AC,构造Rt△ABC.
[解] (1)证明:如图,
连接AC.
∵BC是半⊙O的直径,
∴∠BAC=90°,
又AD⊥BC,垂足为D,
∴∠1=∠3.
在△AEB中,AE=BE,
∴∠1=∠2.
∴∠2=∠3,即A=A.
(2)设DE=3x,
∵AD⊥BC,sin∠FBC=,
∴BE=5x,BD=4x.
∵AE=BE,
∴AE=5x,AD=8x.
在Rt△ADB中,∠ADB=90°,AB=4,
∴(8x)2+(4x)2=(4)2,
解得x=1,
∴AD=8.
与圆周角定理有关的线段的计算、角的计算,不仅可以通过计算弧、圆心角、圆周角的度数来求相关的角、线段,有时还可以通过三角形相似、解三角形等来计算.
4.如图,△ABC内接于⊙O,OD⊥BC于D,∠A=50°,则∠OCD的度数是( )
A.40° B.25°
C.50° D.60°
解析:连接OB.因为∠A=50°,所以弦BC所对的圆心角∠BOC=100°,∠COD=∠BOC=50°,∠OCD=90°-∠COD=40°.
答案:A
5.如图,△ABC的角平分线AD的延长线交它的外接圆于点E.
(1)证明:△ABE∽△ADC;
(2)若△ABC的面积S=AD·AE,
求∠BAC的大小.
解:(1)证明:由已知条件可得∠BAE=∠CAD.
因为∠AEB与∠ACB是同弧上的圆周角,
所以∠AEB=∠ACD.
故△ABE∽△ADC.
(2)因为△ABE∽△ADC,
所以=,即AB·AC=AD·AE.
又S=AB·AC·sin ∠BAC,且S=AD·AE,
所以AB·AC·sin ∠BAC=AD·AE.
则sin ∠BAC=1.
又∠BAC为三角形内角,
所以∠BAC=90°.
[对应学生用书P20]
一、选择题
1.如图,在⊙O中,∠BOC=50°,则∠A的大小为( )
A.25° B.50°
C.75° D.100°
解析:由圆周角定理得∠A=∠BOC=25°.
答案:A
2.如图所示,若圆内接四边形的对角线相交于E,则图中相似三角形有( )
A.1对 B.2对
C.3对 D.4对
解析:由推论1知:
∠ADB=∠ACB,∠ABD=∠ACD,
∠BAC=∠BDC,∠CAD=∠CBD,
∴△AEB∽△DEC,△AED∽△BEC.
答案:B
3.Rt△ABC中,∠C=90°,∠A=30°,AC=2,则此三角形外接圆半径为( )
A. B.2
C.2 D.4
解析:由推论2知AB为Rt△ABC的外接圆的直径,又AB==4,故外接圆半径r=AB=2.
答案:B
4.如图,已知AB是半圆O的直径,弦AD,BC相交于P,若CD=3,AB=4,则tan ∠BPD等于( )
A. B.
C. D.
解析:连接BD,则∠BDP=90°.
∵△CPD∽△APB,∴==.
在Rt△BPD中,cos ∠BPD==,
∴tan ∠BPD=.
答案:D
二、填空题
5.在⊙O中,已知∠ACB=∠CDB=60°,AC=3,则△ABC的周长是________.
解析:由圆周角定理,
得∠A=∠D=∠ACB=60°.
∴AB=BC.
∴△ABC为等边三角形.
∴周长等于9.
答案:9
6.如图,AB为半圆O的直径,OC⊥AB,OD平分∠BOC,交半圆于点D,AD交OC于点E,则∠AEO的度数是________.
解析:因为OD平分∠BOC,
且∠BOC=90°,
所以∠BOD=∠BOC=45°,
所以∠OAD=∠BOD=22.5°.
在Rt△AEO中,∠AOE=90°,
则∠AEO=90°-∠OAE=67.5°.
答案:67.5°
7.如图所示,已知⊙O为△ABC的外接圆,AB=AC=6,弦AE交BC于D,若AD=4,则AE=________.
解析:连接CE,则∠AEC=∠ABC,
又△ABC中,AB=AC,
∴∠ABC=∠ACB,
∴∠AEC=∠ACB,
∴△ADC∽△ACE,
∴=,
∴AE==9.
答案:9
三、解答题
8.(2012·江苏高考)如图,AB是圆O的直径,D,E为圆O上位于AB异侧的两点,连结BD并延长至点C,使BD=DC,连结AC,AE,DE.
求证:∠E=∠C.
解:连结OD,因为BD=DC,O为AB的中点,
所以OD∥AC,于是∠ODB=∠C.
因为OB=OD,所以∠ODB=∠B.于是∠B=∠C.
因为点A,E,B,D都在圆O上,且D,E为圆O上位于AB异侧的两点,所以∠E和∠B为同弧所对的圆周角,故∠E=∠B.所以∠E=∠C.
9.如图,已知△ABC内接于圆,D为中点,连接AD交BC于E.
求证:(1)=;
(2)AB·AC=AE2+EB·EC.
证明:(1)连接CD.
∵∠1=∠3,∠4=∠5,
∴△ABE∽△CDE.∴=.
(2)连接BD.
∵=,
∴AE·DE=BE·EC.
∴AE2+BE·EC=AE2+AE·DE
=AE(AE+DE)=AE·AD.①
在△ABD与△AEC中,∵D为的中点,
∴∠1=∠2.
又∵∠ACE=∠ACB=∠ADB,
∴△ABD∽△AEC.∴=,
即AB·AC=AD·AE②
由①②知:AB·AC=AE2+EB·EC.
10.如图,已知A,B,C,D,E均在⊙O上,且AC为⊙O的直径.
(1)求∠A+∠B+∠C+∠D+∠E的值;
(2)若⊙O的半径为,AD与EC交于点M,且E,D为弧AC的三等分点,求MD的长.
解:(1)连接OB,OD,OE,则∠A+∠B+∠C+∠D+∠E
=(∠COD+∠DOE+∠EOA+∠AOB+∠BOC)
=×360°=180°.
(2)连接OM和CD,因为AC为⊙O的直径,
所以∠ADC=90°,又E,D为的三等分点,
所以∠A=∠ECA=∠EOA=××180°=30°,
所以OM⊥AC.因为⊙O的半径为,即OA=,
所以AM===1.
在Rt△ADC中,AD=AC·cos∠A=2××=.
则MD=AD-AM=.三 圆的切线的性质及判定定理
[对应学生用书P25]
1.切线的性质
(1)性质定理:圆的切线垂直于经过切点的半径.
如图,已知AB切⊙O于A点,则OA⊥AB.
(2)推论1:经过圆心且垂直于切线的直线必经过切点.
(3)推论2:经过切点且垂直于切线的直线必经过圆心.
2.圆的切线的判定方法
(1)定义:和圆只有一个公共点的直线是圆的切线.
(2)数量关系:到圆心距离等于半径的直线是圆的切线.
(3)定理:过半径外端点且与这条半径垂直的直线是圆的切线.
其中(2)和(3)是由(1)推出的,(2)是用数量关系来判定,而(3)是用位置关系加以判定的.
[说明] 在切线的判定定理中要分清定理的题设和结论,“经过半径的外端”和“垂直于这条半径”这两个条件缺一不可,否则该直线就不是圆的切线.
[对应学生用书P25]
圆的切线的性质
[例1] 如图,已知∠C=90°,点O在AC上,CD为⊙O的直径,⊙O切AB于E,若BC=5,AC=12.求⊙O的半径.
[思路点拨] ⊙O切AB于点E,由圆的切线的性质,易联想到连接OE构造Rt△OAE,再利用相似三角形的性质,求出⊙O的半径.
[解] 连接OE,
∵AB与⊙O切于点E,
∴OE⊥AB,即∠OEA=90°.
∵∠C=90°,∠A=∠A,
∴Rt△ACB∽Rt△AEO,
∴=.
∵BC=5,AC=12,∴AB=13,
∴=,
∴OE=.
即⊙O的半径为.
利用圆的切线的性质来证明或进行有关的计算有时需添加辅助线,其中连接圆心和切点的半径是常用辅助线,从而可以构造直角三角形,利用直角三角形边角关系求解,或利用勾股定理求解,或利用三角形相似求解等.
1.如图,AB切⊙O于点B,延长AO交⊙O于点C,连接BC.若∠A=40°,则∠C=( )
A.20° B.25°
C.40° D.50°
解析:连接OB,因为AB切⊙O于点B,所以OB⊥AB,即∠ABO=90°,所以∠AOB=50°.
又因为点C在AO的延长线上,且在⊙O上,
所以∠C=∠AOB=25°.
答案:B
2.如图,已知PAB是⊙O的割线,AB为⊙O的直径.PC为⊙O的切线,C为切点,BD⊥PC于点D,交⊙O于点E,PA=AO=OB=1.
(1)求∠P的度数;
(2)求DE的长.
解:(1)连接OC.
∵C为切点,∴OC⊥PC,△POC为直角三角形.
∵OC=OA=1,PO=PA+AO=2,
∴sin ∠P==.∴∠P=30°.
(2)∵BD⊥PD,∴在Rt△PBD中,
由∠P=30°,PB=PA+AO+OB=3,
得BD=.
连接AE.则∠AEB=90°,∴AE∥PD.
∴∠EAB=∠P=30°,∴BE=ABsin 30°=1,
∴DE=BD-BE=.
圆的切线的判定
[例2] 已知D是△ABC的边AC上的一点,AD∶DC=2∶1,∠C=45°,∠ADB=60°,求证:AB是△BCD的外接圆的切线.
[思路点拨]
→→
→→.
[证明] 如图,连接OB,OC,OD,OD交BC于E.
∵∠DCB是所对的圆周角,
∠BOD是所对的圆心角,
∠BCD=45°,
∴∠BOD=90°.
∵∠ADB是△BCD的一个外角,
∴∠DBC=∠ADB-∠ACB
=60°-45°=15°,
∴∠DOC=2∠DBC=30°,
从而∠BOC=120°,
∵OB=OC,∴∠OBC=∠OCB=30°.
在△OEC中,因为∠EOC=∠ECO=30°,
∴OE=EC,
在△BOE中,因为∠BOE=90°,∠EBO=30°.
∴BE=2OE=2EC,
∴==,
∴AB∥OD,∴∠ABO=90°,
故AB是△BCD的外接圆的切线.
要证明某直线是圆的切线,主要是运用切线的判定定理,除此以外,还有圆心到直线的距离等于半径等判定方法,但有时需添加辅助线构造判定条件,其中过圆心作直线的垂线是常用辅助线.
3.本例中,若将已知改为“∠ABD=∠C”,怎样证明:AB是△BCD的外接圆的切线.
证明:作直径BE,连接DE,
∵BE是⊙O的直径,
∴∠BDE=90°,
∴∠E+∠DBE=90°.
∵∠C=∠E,∠ABD=∠C,
∴∠ABD+∠DBE=90°.
即∠ABE=90°.
∴AB是△BCD的外接圆的切线.
4.如图,△ABC内接于⊙O,点D在OC的延长线上,sin B=,∠D=30°.
(1)求证:AD是⊙O的切线.
(2)若AC=6,求AD的长.
解:(1)证明:如图,连接OA,
∵sin B=,∴∠B=30°,
∵∠AOC=2∠B,∴∠AOC=60°,
∵∠D=30°,
∴∠OAD=180°-∠D-∠AOC=90°,
∴AD是⊙O的切线.
(2)∵OA=OC,∠AOC=60°,
∴△AOC是等边三角形,∴OA=AC=6,
∵∠OAD=90°,∠D=30°,
∴AD=AO=6.
圆的切线的性质和判定的综合考查
[例3] 如图,AB为⊙O的直径,D是的中点,DE⊥AC交AC的延长线于E,⊙O的切线BF交AD的延长线于点F.
(1)求证:DE是⊙O的切线;
(2)若DE=3,⊙O的半径为5,求BF的长.
[思路点拨] (1)连接OD,证明OD⊥DE;
(2)作DG⊥AB.
[证明] (1)连接OD,
∵D是中点,
∴∠1=∠2.
∵OA=OD,
∴∠2=∠3.
∴∠1=∠3.
∴OD∥AE.
∵DE⊥AE,∴DE⊥OD,即DE是⊙O的切线.
(2)过D作DG⊥AB,
∵∠1=∠2,∴DG=DE=3.
在Rt△ODG中,OG==4,
∴AG=4+5=9.
∵DG⊥AB,FB⊥AB,∴DG∥FB.
∴△ADG∽△AFB.
∴=.
∴=.∴BF=.
对圆的切线的性质与判定的综合考查往往是热点,其解答思路常常是先证明某直线是圆的切线,再利用切线的性质来求解相关结果.
5.如图,已知两个同心圆O,大圆的直径AB交小圆于C、D,大圆的弦EF切小圆于C,ED交小圆于G,若小圆的半径为2,EF=4,试求EG的长.
解:连接GC,则GC⊥ED.
∵EF和小圆切于C,
∴EF⊥CD,EC=EF=2.
又CD=4,∴在Rt△ECD中,
有ED=
= =2.
由射影定理可知EC2=EG·ED,
∴EG===.
6.如图,以Rt△ABC直角边AC上一点O为圆心,OC为半径的⊙O与AC的另一个交点为E,D为斜边AB上一点且在⊙O上,AD2=AE·AC.
(1)证明:AB是⊙O的切线;
(2)若DE·OB=8,求⊙O的半径.
解:(1)证明:连接OD,CD,
∵AD2=AE·AC,
∴=.又∵∠DAE=∠DAC,
∴△DAE∽△CAD,∴∠ADE=∠ACD.
∵OD=OC,∴∠ACD=∠ODC,
又∵CE是⊙O的直径,
∴∠ODE+∠CDO=90°,∴∠ODA=90°,
∴AB是⊙O的切线.
(2)∵AB,BC是⊙O的切线,
∴OB⊥DC,∴DE∥OB,∴∠CED=∠COB,
∵∠EDC=∠OCB,∴△CDE∽△BCO,
∴=,DE·OB=2R2=8,
∴⊙O的半径为2.
[对应学生用书P27]
一、选择题
1.下列说法:①与圆有公共点的直线是圆的切线;②垂直于圆的半径的直线是圆的切线;③与圆心的距离等于半径的直线是圆的切线;④过直径的端点,垂直于此直径的直线是圆的切线.其中正确的有( )
A.①② B.②③
C.③④ D.①④
答案:C
2.如图,AB是⊙O的直径,BC是⊙O的切线,AC交⊙O于D.AB=6,BC=8,则BD等于( )
A.4 B.4.8
C.5.2 D.6
解析:∵AB是⊙O的直径,∴BD⊥AC.
∵BC是⊙O的切线,∴AB⊥BC.
∵AB=6,BC=8,∴AC=10.
∴BD==4.8.
答案:B
3.如图,CD切⊙O于B,CO的延长线交⊙O于A,若∠C=36°,则∠ABD的度数是( )
A.72° B.63°
C.54° D.36°
解析:连接OB.
∵CD为⊙O的切线,∴∠OBC=90°.
∵∠C=36°,∴∠BOC=54°.
又∵∠BOC=2∠A,∴∠A=27°,
∴∠ABD=∠A+∠C=27°+36°=63°.
答案:B
4.如图,在⊙O中,AB为直径,AD为弦,过B点的切线与AD的延长线交于C,若AD=DC,则sin ∠ACO等于( )
A. B.
C. D.
解析:连接BD,则BD⊥AC.
∵AD=DC,∴BA=BC,
∴∠BCA=45°.
∵BC是⊙O的切线,切点为B,
∴∠OBC=90°.
∴sin ∠BCO===,
cos ∠BCO===.
∴sin ∠ACO=sin(45°-∠BCO)
=sin 45°cos ∠BCO-cos 45°sin ∠BCO
=×-×=.
答案:A
二、填空题
5.如图,已知∠AOB=30°,M为OB边上一点,以M为圆心、2为半径作⊙M.若点M在OB边上运动,则当OM=________时,⊙M与OA相切.
解析:若⊙M与OA相切,则圆心M到直线OA的距离等于圆的半径2.
过M作MN⊥OA于点N,
则MN=2.
在Rt△MON中,∵∠MON=30°,
∴OM=2MN=2×2=4.
答案:4
6.已知PA是圆O的切线,切点为A,PA=2,AC是圆O的直径,PC与圆O交于B点,PB=1.则圆O的半径R=________.
解析:AB==.
由AB2=PB·BC,
∴BC=3,Rt△ABC中,
AC==2.
∴R=.
答案:
7.圆O的直径AB=6,C为圆周上一点,BC=3,过C作圆的切线l,过A作l的垂线AD,AD分别与直线l、圆交于点D、E,则∠DAC=________,DC=________.
解析:连接OC,
∵OC=OB,∴∠OCB=∠OBC.
又∠DCA+∠ACO=90°,
∠ACO+∠OCB=90°,
∴∠DCA=∠OCB,
∵OC=3,BC=3,
∴△OCB是正三角形.
∴∠OBC=60°,即∠DCA=60°.
∴∠DAC=30°.
在Rt△ACB中,AC==3,
DC=ACsin 30°=.
答案:30°
三、解答题
8.如图所示,D是⊙O的直径AB的延长线上一点,PD是⊙O的切线,P是切点,∠D=30 °.
求证:PA=PD.
证明:如图,连接OP,
∵PD是⊙O的切线,P为切点.
∴PO⊥PD.
∵∠D=30°,∴∠POD=60°.
又∵OA=OP,
∴∠A=∠APO=30°.
∴∠A=∠D.∴PA=PD.
9.如图,已知在△ABC中,AB=AC,以AB为直径的⊙O交BC于D,过D点作⊙O的切线交AC于E.
求证:(1)DE⊥AC;
(2)BD2=CE·CA.
证明:(1)连接OD,AD.
∵DE是⊙O的切线,D为切点,
∴OD⊥DE.
∵AB是⊙O的直径,
∴AD⊥BC.又AB=AC,
∴BD=DC.
∴OD∥AC.∴DE⊥AC.
(2)∵AD⊥BC,DE⊥AC,
∴△CDE∽△CAD.
∴=.∴CD2=CE·CA.
∴BD=DC.∴BD2=CE·CA.
10.如图,四边形ABCD内接于⊙O,BD是⊙O的直径,AE⊥CD,垂足为E,DA平分∠BDE.
(1)求证:AE是⊙O的切线;
(2)若∠DBC=30°,DE=1 cm,求BD的长.
解:(1)证明:连接OA.
∵DA平分∠BDE,
∴∠BDA=∠EDA.
∵OA=OD,
∴∠ODA=∠OAD.
∴∠OAD=∠EDA.
∴OA∥CE.
∵AE⊥DE,∴∠AED=90°,
∴∠OAE=∠DEA=90°.
∴AE⊥OA.
∴AE是⊙O的切线.
(2)∵BD是直径,
∴∠BCD=∠BAD=90°.
∵∠DBC=30°,∴∠BDC=60°.
∴∠BDE=120°.
∵DA平分∠BDE,
∴∠BDA=∠EDA=60°.
∴∠ABD=∠EAD=30°.
在Rt△AED中,∠AED=90°,∠EAD=30°,
∴AD=2DE.
在Rt△ABD中,∠BAD=90°,∠ABD=30°,
∴BD=2AD=4DE.
∵DE的长是1 cm,
∴BD的长是4 cm.二 圆内接四边形的性质及判定定理
[对应学生用书P21]
1.圆内接四边形的性质
(1)圆的内接四边形对角互补.
如图:四边形ABCD内接于⊙O,则有:∠A+∠C=180°,∠B+∠D=180°.
(2)圆内接四边形的外角等于它的内角的对角.
如图:∠CBE是圆内接四边形ABCD的一外角,则有:∠CBE=∠D.
2.圆内接四边形的判定
(1)判定定理:如果一个四边形的对角互补,那么这个四边形的四个顶点共圆.
(2)推论:如果四边形的一个外角等于它的内角的对角,那么这个四边形的四个顶点共圆.
[对应学生用书P21]
圆内接四边形的性质
[例1] 如图,AB是⊙O的直径,弦BD,CA的延长线相交于点E,EF垂直BA的延长线于点F.
求证:∠DEA=∠DFA.
[思路点拨] 本题主要考查圆内接四边形判定及性质的应用.解题时,只需证A,D,E,F四点共圆后可得结论.
[证明] 连接AD.因为AB为圆的直径,所以∠ADB=90°.又EF⊥AB,∠EFA=90°,所以A,D,E,F四点共圆.
所以∠DEA=∠DFA.
圆内接四边形的性质即对角互补,一个外角等于其内角的对角,可用来作为三角形相似的条件,从而证明一些比例式的成立或证明某些等量关系.
1.圆内接四边形ABCD中,已知∠A,∠B,∠C的度数比为4∶3∶5,求四边形各角的度数.
解:设∠A,∠B,∠C的度数分别为4x,3x,5x,
则由∠A+∠C=180°,
可得4x+5x=180°.∴x=20°.
∴∠A=4×20°=80°,∠B=3×20°=60°,
∠C=5×20°=100°,∠D=180°-∠B=120°.
2.已知:如图,四边形ABCD内接于圆,延长AD,BC相交于点E,点F是BD的延长线上的点,且DE平分∠CDF.
(1)求证:AB=AC;
(2)若AC=3 cm,AD=2 cm,求DE的长.
解:(1)证明:
∵∠ABC=∠2,
∠2=∠1=∠3,∠4=∠3,
∴∠ABC=∠4.
∴AB=AC.
(2)∵∠3=∠4=∠ABC,
∠DAB=∠BAE,
∴△ABD∽△AEB.
∴=.
∵AB=AC=3,AD=2,
∴AE==.
∴DE=-2=(cm).
圆内接四边形的判定
[例2] 如图,在△ABC中,E,D,F分别为AB,BC,AC的中点,且AP⊥BC于P.
求证:E,D,P,F四点共圆.
[思路点拨] 可先连接PF,构造四边形EDPF的外角∠FPC,证明∠FPC=∠C,再证明∠FPC=∠FED即可.
[证明] 如图,连接PF,
∵AP⊥BC,F为AC的中点,
∴PF=AC.
∵FC=AC,
∴PF=FC.
∴∠FPC=∠C.
∵E、F、D分别为AB,AC,BC的中点.
∴EF∥CD,ED∥FC.
∴四边形EDCF为平行四边形,
∴∠FED=∠C.
∴∠FPC=∠FED.
∴E,D,P,F四点共圆.
证明四点共圆的方法常有:①如果四点与一定点等距离,那么这四点共圆;②如果四边形的一组对角互补,那么这个四边形的四个顶点共圆;③如果四边形的一个外角等于它的内对角,那么这个四边形的四个顶点共圆;④如果两个三角形有公共边,公共边所对的角相等且在公共边的同侧,那么这两个三角形的四个顶点共圆.
3.判断下列各命题是否正确.
(1)任意三角形都有一个外接圆,但可能不只一个;
(2)矩形有唯一的外接圆;
(3)菱形有外接圆;
(4)正多边形有外接圆.
解:(1)错误,任意三角形有唯一的外接圆;(2)正确,因为矩形对角线的交点到各顶点的距离相等;(3)错误,只有当菱形是正方形时才有外接圆;(4)正确,因为正多边形的中心到各顶点的距离相等.
4.已知:在△ABC中,AD=DB,DF⊥AB交AC于点F,AE=EC,EG⊥AC交AB于点G.求证:
(1)D、E、F、G四点共圆;
(2)G、B、C、F四点共圆.
证明:(1)如图,
连接GF,
由DF⊥AB,EG⊥AC,
知∠GDF=∠GEF=90°,
∴GF中点到D、E、F、G四点距离相等,∴D、E、F、G四点共圆.
(2)连接DE.由AD=DB,AE=EC,知DE∥BC,
∴∠ADE=∠B.又由(1)中D、E、F、G四点共圆,
∴∠ADE=∠GFE.∴∠GFE=∠B.
∴G、B、C、F四点共圆.
圆内接四边形的综合应用
[例3] 如图,已知⊙O1与⊙O2相交于A、B两点,P是⊙O1上一点,PA、PB的延长线分别交⊙O2于点D、C,⊙O1的直径PE的延长线交CD于点M.
求证:PM⊥CD.
[思路点拨] ⊙O1与⊙O2相交,考虑连接两交点A、B得公共弦AB;PE是⊙O1的直径,考虑连接AE或BE得90°的圆周角;要证PM⊥CD,再考虑证角相等.
[证明] 如图,
分别连接AB,AE,
∵A、B、C、D四点共圆,
∴∠ABP=∠D.
∵A、E、B、P四点共圆,
∴∠ABP=∠AEP.
∴∠AEP=∠D.
∴A、E、M、D四点共圆.
∴∠PMC=∠DAE.
∵PE是⊙O1的直径,
∴EA⊥PA.
∴∠PMC=∠DAE=90°.
∴PM⊥CD.
此类问题综合性强,知识点丰富,解决的办法大多是先判断四点共圆,然后利用圆内接四边形的性质证明或求得某些结论成立.
5.如图,P点是等边△ABC外接圆的上一点,CP的延长线和AB的延长线交于点D,连接BP.
求证:(1)∠D=∠CBP;
(2)AC2=CP·CD.
证明:(1)∵△ABC为等边三角形,
∴∠ABC=∠A=60°.
∴∠DBC=120°.
又∵四边形ABPC是圆内接四边形,
∴∠BPC=180°-∠A=120°.
∴∠BPC=∠DBC.
又∵∠DCB=∠BCP,
∴△BCP∽△DCB.
∴∠D=∠CBP.
(2)由(1)知△BCP∽△DCB,
∴=.
∴CB2=CP·CD.
又CB=AC,∴AC2=CP·CD.
6.如图,在正三角形ABC中,点D,E分别在边BC,AC上,且BD=BC,CE=CA,AD,BE相交于点P.
求证:(1)四点P,D,C,E共圆;
(2)AP⊥CP.
解:(1)证明:在△ABC中,
由BD=BC,CE=CA知:
△ABD≌△BCE,
即∠ADB=∠BEC,即∠ADC+∠BEC=180°,
所以四点P,D,C,E共圆.
(2)如图,连接DE.
在△CDE中,CD=2CE,
∠ACD=60°,
由余弦定理知∠CED=90°.
由四点P,D,C,E共圆知,
∠DPC=∠DEC,
所以AP⊥CP.
[对应学生用书P24]
一、选择题
1.设四边形ABCD为圆内接四边形,现给出四个关系式:
①sin A=sin C,②sin A+sin C=0,③cos B+cos D=0,④cos B=cos D.
其中恒成立的关系式的个数是( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:因为圆内接四边形的对角互补,
故∠A=180°-∠C,且∠A,∠C均不为0°或180°,
故①式恒成立,②式不成立.
同样由∠B=180°-∠D知,③式恒成立.
④式只有当∠B=∠D=90°时成立.
答案:B
2.圆内接四边形ABCD中,∠A∶∠B∶∠C∶∠D可以是( )
A.4∶2∶3∶1 B.4∶3∶1∶2
C.4∶1∶3∶2 D.以上都不对
解析:由四边形ABCD内接于圆,得∠A+∠C=∠B+∠D,从而只有B符合题意.
答案:B
3.如图,四边形ABCD是⊙O的内接四边形,E为AB的延长线上一点,∠CBE=40°,则∠AOC等于( )
A.20° B.40°
C.80° D.100°
解析:四边形ABCD是圆内接四边形,且∠CBE=40°,由圆内接四边形性质知∠D=∠CBE=40°,
又由圆周角定理知:∠AOC=2∠D=80°.
答案:C
4.已知四边形ABCD是圆内接四边形,下列结论中正确的有( )
①如果∠A=∠C,则∠A=90°;
②如果∠A=∠B,则四边形ABCD是等腰梯形;
③∠A的外角与∠C的外角互补;
④∠A∶∠B∶∠C∶∠D可以是1∶2∶3∶4
A.1个 B.2个
C.3个 D.4个
解析:由“圆内接四边形的对角互补”可知:①相等且互补的两角必为直角;②两相等邻角的对角也相等(亦可能有∠A=∠B=∠C=∠D的特例);③互补两内角的外角也互补;④两组对角之和的份额必须相等(这里1+3≠2+4).因此得出①③正确,②④错误.
答案:B
二、填空题
5.(2014·陕西高考)如图,△ABC中,BC=6,以BC为直径的半圆分别交AB,AC于点E,F,若AC=2AE,则EF=________.
解析:∵B,C,F,E四点在同一个圆上,∴∠AEF=∠ACB,又∠A=∠A,∴△AEF∽△ACB,∴=,
即=,∴EF=3.
答案:3
6.如图,直径AB=10,弦BC=8,CD平分∠ACB,则AC=______,
BD=________.
解析:∠ACB=90°,∠ADB=90°.
在Rt△ABC中,AB=10,BC=8,
∴AC==6.
又∵CD平分∠ACB.
即∠ACD=∠BCD,
∴AD=BD.
∴BD= =5.
答案:6 5
7.如图,点A,B,C,D都在⊙O上,若∠C=34°,则∠AOB=________,∠ADB=________.
解析:∵∠C和∠AOB分别是所对的圆周角与圆心角,
∴∠AOB=2∠C=68°.
∵周角是360°,劣弧AB的度数为68°,∴优弧AB的度数为292°.
∴∠ADB=×292°=146°.
答案:68° 146°
三、解答题
8.已知:如图,E、F、G、H分别为菱形ABCD各边的中点,对角线AC与BD相交于O点,求证:E,F,G,H共圆.
证明:法一:连接EF、FG、GH、HE.
∵E、F分别为AB、BC的中点,
∴EF∥AC.同理EH∥BD.
∴∠HEF=∠AOB.
∵AC⊥BD,∴∠HEF=90°.
同理∠FGH=90°.
∴∠HEF+∠FGH=180°.
∴E、F、G、H共圆.
法二:
连接OE、OF、OG、OH.
∵四边形ABCD为菱形.
∴AC⊥BD,
AB=BC=CD=DA.
∵E、F、G、H分别为菱形ABCD各边的中点,
∴OE=AB,OF=BC,
OG=CD,OH=DA.
∴OE=OF=OG=OH.
∴E,F,G,H在以O点为圆心,以OE为半径的圆上.
故E,F,G,H四点共圆.
9.如图,A,B,C,D四点在同一圆上,AD的延长线与BC的延长线交于E点,且EC=ED.
(1)证明:CD∥AB;
(2)延长CD到F,延长DC到G,使得EF=EG,证明:A,B,G,F四点共圆.
证明:(1)因为EC=ED,
所以∠EDC=∠ECD.
因为A,B,C,D四点在同一圆上,
所以∠EDC=∠EBA.
故ECD=∠EBA.
所以CD∥AB.
(2)由(1)知,AE=BE.
因为EF=EG,
故∠EFD=∠EGC,从而∠FED=∠GEC.
连接AF,BG,则△EFA≌△EGB,
故∠FAE=∠GBE.
又CD∥AB,∠EDC=∠ECD,
所以∠FAB=∠GBA.
所以∠AFG+∠GBA=180°.
故A,B,G,F四点共圆.
10.如图,已知⊙O的半径为2,弦AB的长为2,点C与点D分别是劣弧与优弧上的任一点(点C、D均不与A、B重合).
(1)求∠ACB.
(2)求△ABD的最大面积.
解:(1)连接OA、OB,作OE⊥AB,E为垂足,则AE=BE.
Rt△AOE中,OA=2.
AE=AB=×2=.
所以sin ∠AOE==,
∴∠AOE=60°,∠AOB=2∠AOE=120°.
又∠ADB=∠AOB,
∴∠ADB=60°.
又四边形ACBD为圆内接四边形,
∴∠ACB+∠ADB=180°.
从而有∠ACB=180°-∠ADB=120°.
(2)作DF⊥AB,垂足为F,则
S△ABD=AB·DF=×2×DF=DF.
显然,当DF经过圆心O时,DF取最大值,
从而S△ABD取得最大值.
此时DF=DO+OF=3,S△ABD=3,
即△ABD的最大面积是3.五 与圆有关的比例线段
[对应学生用书P31]
1.相交弦定理
圆内的两条相交弦,被交点分成的两条线段长的积相等.如图,弦AB与CD相交于P点,则PA·PB=PC·PD.
2.割线有关定理
(1)割线定理:
①文字叙述:
从圆外一点引圆的两条割线,这一点到每条割线与圆的交点的两条线段长的积相等.
②图形表示:
如图,⊙O的割线PAB与PCD,则有:PA·PB=PC·PD.
(2)切割线定理:
①文字叙述:
从圆外一点引圆的切线和割线,切线长是这点到割线与圆交点的两条线段长的比例中项;
②图形表示:
如图,⊙O的切线PA,切点为A,割线PBC,则有PA2=PB·PC.
3.切线长定理
(1)文字叙述:
从圆外一点引圆的两条切线,它们的长相等,圆心和这一点的连线平分两条切线的夹角.
(2)图形表示:
如图:⊙O的切线PA,PB,则PA=PB,∠OPA=∠OPB.
[对应学生用书P32]
相交弦定理
[例1] 如图,已知在⊙O中,P是弦AB的中点,过点P作半径OA的垂线分别交⊙O于C、D两点,垂足是点E.
求证:PC·PD=AE·AO.
[思路点拨] 由相交弦定理知PC·PD=AP·PB,又P为AB的中点,∴PC·PD=AP2.在Rt△PAO中再使用射影定理即可.
[证明] 连接OP,
∵P为AB的中点,
∴OP⊥AB,AP=PB.
∵PE⊥OA,
∴AP2=AE·AO.
∵PD·PC=PA·PB=AP2,
∴PD·PC=AE·AO.
(1)相交弦定理的运用往往与相似三角形联系密切,也经常与垂径定理、射影定理等相结合进行某些计算与证明.
(2)由相交弦定理可得推论:垂直于弦的直径平分这条弦,且弦的一半是直径被弦分成的两条线段的比例中项.
1.如图,已知⊙O的两条弦AB,CD相交于AB的中点E,且AB=4,DE=CE+3,则CD的长为( )
A.4 B.5
C.8 D.10
解析:设CE=x,则DE=3+x.根据相交弦定理,得x(x+3)=2×2,x=1或x=-4(不合题意,应舍去).
则CD=3+1+1=5.
答案:B
2.如图,已知AB是⊙O的直径,OM=ON,P是⊙O上的点,PM、PN的延长线分别交⊙O于Q、R.
求证:PM·MQ=PN·NR.
PM·MQ=PN·NR.
割线定理、切割线定理
[例2] 如图,AB是⊙O的一条切线,切点为B,ADE,CFD,CGE都是⊙O的割线,已知AC=AB.
证明:(1)AD·AE=AC2;
(2)FG∥AC.
[思路点拨] (1)利用切割线定理;
(2)证△ADC∽△ACE.
[证明] (1)∵AB是⊙O的一条切线,
ADE是⊙O的割线,
∴由切割线定理得AD·AE=AB2.
又AC=AB,∴AD·AE=AC2.
(2)由(1)得=,
又∠EAC=∠DAC,∴△ADC∽△ACE.
∴∠ADC=∠ACE.
又∠ADC=∠EGF,∴∠EGF=∠ACE.
∴FG∥AC.
(1)割线定理、切割线定理常常与弦切角定理、相交弦定理、平行线分线段成比例定理、相似三角形知识结合在一起解决数学问题,有时切割线定理利用方程进行计算、求值等.
(2)切割线定理可以看成是割线定理的特殊情况,当两条割线中的一条变成切线时,即为切割线定理.
3.如图,AB为圆O的直径,PA为圆O的切线,PB与圆O相交于D.若PA=3,PD∶DB=9∶16,则PD=________;AB=________.
解析:∵PD∶DB=9∶16,
不妨设PD=9a,DB=16a(a>0),∴PB=25a.
由切割线定理知PA2=PD·PB,
即9=9a×25a,∴a=.
∴PD=.在直角三角形PAB中,PA=3,
PB=5,可知AB=4.
答案: 4
4.如图,AD为⊙O的直径,AB为⊙O的切线,割线BMN交AD的延长线于C,且BM=MN=NC,若AB=2.求:
(1)BC的长;
(2)⊙O的半径r.
解:(1)不妨设BM=MN=NC=x.
根据切割线定理,得AB2=BM·BN,即22=x(x+x),
解得x=,∴BC=3x=3.
(2)在Rt△ABC中,
AC==,
由割线定理,得
CD·AC=CN·CM,由(1)可知,
CN=,BC=3,CM=BC-BM=3-=2,AC=,
∴CD==,
∴r=(AC-CD)
==.
切线长定理
[例3] 如图,AB是⊙O的直径,C是⊙O上一点,过点C的切线与过A、B两点的切线分别交于点E、F,AF与BE交于点P.
求证:∠EPC=∠EBF.
[思路点拨] →→→→
[证明] ∵EA,EF,FB是⊙O的切线,
∴EA=EC,FC=FB.
∵EA,FB切⊙O于A,B,AB是直径,
∴EA⊥AB,FB⊥AB.
∴EA∥FB.∴=.∴=.
∴CP∥FB.∴∠EPC=∠EBF.
运用切线长定理时,注意分析其中的等量关系,即①切线长相等,②圆外点与圆心的连线平分两条切线的夹角,然后结合三角形等图形的有关性质进行计算与证明.
5.两个等圆⊙O与⊙O′外切,过O作⊙O′的两条切线OA、OB,A、B是切点,则∠AOB=( )
A.90° B.60°
C.45° D.30°
解析:如图,连接OO′,O′A.
∵OA为⊙O′的切线,
∴∠OAO′=90°.
又∵⊙O与⊙O′为等圆且外切,
∴OO′=2O′A.
∴sin ∠AOO′==.
∴∠AOO′=30°.
又由切线长定理知∠AOB=2∠AOO′=60°.
答案:B
6.已知:如图,四边形ABCD的边AB,BC,CD,DA和⊙O分别相切于L,M,N,P.
求证:AD+BC=AB+CD.
证明:由圆的切线长定理得
CM=CN,BL=BM,AP=AL,DP=DN,
∵AB=AL+LB,BC=BM+MC,
CD=CN+ND,AD=AP+PD,
∴AD+BC=(AP+PD)+(BM+MC)
=(AL+ND)+(BL+CN)
=(AL+BL)+(ND+CN)
=AB+CD,
即AD+BC=AB+CD.
[对应学生用书P33]
一、选择题
1.自圆外一点所作过圆心的割线长是12 cm,圆的半径为4 cm,则过此点所引的切线长为( )
A.16 cm B.4 cm
C.4 cm D.以上答案都不对
解析:设切线长为x cm,由切割线定理得x2=(12-2×4)×12,故x=4.
答案:B
2.点C在⊙O的弦AB上,P为⊙O上一点,且OC⊥CP,则( )
A.OC2=CA·CB B.OC2=PA·PB
C.PC2=PA·PB D.PC2=CA·CB
解析:根据OC⊥CP,可知C为过PC点弦的中点,再由相交弦定理即有PC2=CA·CB.
答案:D
3.如图,∠ACB=90°,CD⊥AB于点D,以BD为直径的圆与BC交于点E,则( )
A.CE·CB=AD·DB B.CE·CB=AD·AB
C.AD·AB=CD2 D.CE·EB=CD2
解析:在直角三角形ABC中,根据直角三角形射影定理可得CD2=AD·DB,再根据切割线定理可得CD2=CE·CB,所以CE·CB=AD·DB.
答案:A
4.已知PT切⊙O于点T,TC是⊙O的直径,割线PBA交TC于点D,交⊙O于B、A(B在PD上),DA=3,DB=4,DC=2,则PB等于( )
A.20 B.10
C.5 D.8
解析:∵DA=3,DB=4,DC=2,
∴由相交弦定理得DB·DA=DC·DT,
即DT===6;
因为TC为⊙O的直径,所以PT⊥DT.
设PB=x,
则在Rt△PDT中,
PT2=PD2-DT2=(4+x)2-36.
由切割线定理得PT2=PB·PA=x(x+7),
所以(4+x)2-36=x(x+7),
解得x=20,即PB=20.
答案:A
二、填空题
5.AB是⊙O的直径,弦CD⊥AB,垂足为M,AM=4,BM=9,则弦CD的长为________.
解析:根据相交弦定理,AM·BM=()2,
所以=6,CD=12.
答案:12
6.如图所示,直线PB与圆O相切于点B,D是弦AC上的点,∠PBA=∠DBA.若AD=m,AC=n,则AB=________.
解析:因为直线PB是圆的切线,所以∠ABP=∠C,又因为∠ABP=∠ABD,所以∠ABD=∠C,又因为∠A=∠A,所以△ABD∽△ACB,所以=,所以AB==.
答案:
7.如图,PA,PB分别为⊙O的切线,切点分别为A,B,PA=7,在劣弧上任取一点C,过C作⊙O的切线,分别交PA,PB于D,E,则△PDE的周长是________.
解析:由切线长定理知,PB=PA=7,且DA=DC,EC=EB,
所以△PDE的周长为PD+PE+DE=PD+DC+CE+PE=PA+PB=14.
答案:14
三、解答题
8.如图,AB是圆O的直径,弦CD⊥AB,垂足是G,F是CG的中点,延长AF交⊙O于E,CF=2,AF=3,求EF的长.
解:因为CD⊥AB于G,F为CG的中点,所以G为CD的中点,即CD=8,FD=6.
又因为AF·FE=CF·FD,即3×EF=2×6,
所以EF=4.
9.已知:如图,PA、PB、DE分别切⊙O于A、B、C三点,PO=13 cm,⊙O半径r=5 cm,求△PDE的周长.
解:∵PA、PB、DE分别切⊙O于A、B、C三点,
∴DA=DC,EB=EC.
∴△PDE的周长为PA+PB=2PA.
连接OA,则OA⊥PA.
∴PA===12 cm.
∴△PDE的周长为24 cm.
10.如图,已知⊙O1和⊙O2相交于点A,B,过点A作⊙O1的切线交⊙O2于点C,过点B作两圆的割线,分别交⊙O1,⊙O2于点D,E,DE与AC相交于点P.
(1)求证:AD∥EC;
(2)若AD是⊙O2的切线,且PA=6,PC=2,BD=9,求AD的长.
解:(1)证明:连接AB.
∵AC为⊙O1的切线,
∴∠BAC=∠D.
又∵∠BAC=∠E,∴∠D=∠E.
∴AD∥EC.
(2)设PB=x,PE=y,
由相交弦定理,得PB·PE=PA·PC,
则x·y=6×2,∴xy=12.①
∵AD∥EC,∴=,
即=.∴9+x=3y.②
由①②解得或(舍去).
∴DE=9+3+4=16.
∵AD为⊙O2的切线,
∴由切割线定理,得AD2=DB·DE=9×16.
∴AD=12.四 弦切角的性质
[对应学生用书P28]
弦切角定理
(1)文字语言叙述:
弦切角等于它所夹的弧所对的圆周角.
(2)图形语言叙述:
如图,AB与⊙O切于A点,则∠BAC=∠D.
[说明] 弦切角的度数等于它所夹弧度数的一半,圆周角的度数等于它所对的弧的度数的一半,圆心角的度数等于它所对弧的度数.
[对应学生用书P29]
弦切角定理
[例1] (2010·新课标全国卷)如图,已知圆上的弧=,过C点的圆的切线与BA的延长线交于E点,证明:
(1)∠ACE=∠BCD;
(2)BC2=BE·CD.
[思路点拨] 利用弦切角定理.
[证明] (1)因为=,
所以∠BCD=∠ABC.
又因为EC与圆相切于点C,
故∠ACE=∠ABC,
所以∠ACE=∠BCD.
(2)因为∠ECB=∠CDB,∠EBC=∠BCD,
所以△BDC∽△ECB.
故=,
即BC2=BE·CD.
利用弦切角定理进行计算、证明,要特别注意弦切角所夹弧所对的圆周角,有时与圆的直径所对的圆周角结合运用,同时要注意根据题目的需要可添加辅助线构成所需要的弦切角.
1.如图,AB为⊙O的直径,直线EF切⊙O于C,若∠BAC=56°,则∠ECA=________.
解析:连接BC,
∵AB为⊙O的直径,∴∠ACB=90°.
∴∠B=90°-∠BAC=90°-56°=34°.
又∵EF与⊙O相切于点C,由弦切角定理,有∠ECA=∠B=34°.
答案:34°
2.如图,AB是⊙O的弦,CD是经过⊙O上的点M的切线,求证:
(1)如果AB∥CD,那么AM=MB;
(2)如果AM=BM,那么AB∥CD.
证明:(1)∵CD切⊙O于M点,
∴∠DMB=∠A,∠CMA=∠B.
∵AB∥CD,∴∠CMA=∠A.
∴∠A=∠B,故AM=MB.
(2)∵AM=BM,∴∠A=∠B.
∵CD切⊙O于M点,∠CMA=∠B,
∴∠CMA=∠A.∴AB∥CD.
3.如图,已知AB是⊙O的直径,直线CD与⊙O相切于点C,AC平分∠DAB.
(1)求证:AD⊥CD;
(2)若AD=2,AC=,求AB的长.
解:(1)证明:如图,连接BC.
∵直线CD与⊙O相切于点C,
∴∠DCA=∠B.
∵AC平分∠DAB,
∴∠DAC=∠CAB.
∴∠ADC=∠ACB.
∵AB为⊙O的直径,∴∠ACB=90°.
∴∠ADC=90°,即AD⊥CD.
(2)∵∠DCA=∠B,∠DAC=∠CAB,
∴△ADC∽△ACB.
∴=,
∴AC2=AD·AB.
∵AD=2,AC=,∴AB=.
运用弦切角定理证明比例式或乘积式
[例2] 如图,PA,PB是⊙O的切线,点C在上,CD⊥AB,CE⊥PA,CF⊥PB,垂足分别为D,E,F.
求证:CD2=CE·CF.
[思路点拨] →
→→
[证明] 连接CA、CB.
∵PA、PB是⊙O的切线,
∴∠CAP=∠CBA,
∠CBP=∠CAB.
又CD⊥AB,CE⊥PA,CF⊥PB,
∴Rt△CAE∽Rt△CBD,
Rt△CBF∽Rt△CAD,
∴=,=,
∴=,即CD2=CE·CF.
证明乘积式成立,往往与相似三角形有关,若存在切线,常要寻找弦切角,确定三角形相似的条件,有时需要添加辅助线创造条件.
4.如图,已知MN是⊙O的切线,A为切点,MN平行于弦CD,弦AB交CD于E.求证:AC2=AE·AB.
证明:连接BC.
△ACE∽△ABC
= AC2=AB·AE.
5.如图,AD是△ABC的角平分线,经过点A、D的⊙O和BC切于D,且AB、AC与⊙O相交于点E、F,连接DF,EF.
(1)求证:EF∥BC;
(2)求证:DF2=AF·BE.
证明:(1)∵⊙O切BC于D,
∴∠CAD=∠CDF.
∵AD是△ABC的角平分线,
∴∠BAD=∠CAD.
又∵∠BAD=∠EFD,
∴∠EFD=∠CDF.
∴EF∥BC.
(2)连接DE,
∵⊙O切BC于D,
∴∠BAD=∠BDE.
由(1)可得∠BDE=∠FAD,
又∵⊙O内接四边形AEDF,
∴∠BED=∠DFA.
∴△BED∽△DFA.
∴=.
又∵∠BAD=∠CAD,
∴DE=DF.∴DF2=AF·BE.
[对应学生用书P30]
一、选择题
1.P在⊙O外,PM切⊙O于C,PAB交⊙O于A、B,则( )
A.∠MCB=∠B B.∠PAC=∠P
C.∠PCA=∠B D.∠PAC=∠BCA
解析:由弦切角定理知∠PCA=∠B.
答案:C
2.如图,△ABC内接于⊙O,EC切⊙O于点C.若∠BOC=76°,则∠BCE等于( )
A.14° B.38°
C.52° D.76°
解析:∵EC为⊙O的切线,
∴∠BCE=∠BAC=∠BOC=38°.
答案:B
3.如图,AB是⊙O的直径,EF切⊙O于C,AD⊥EF于D,AD=2,AB=6,则AC的长为( )
A.2 B.3
C.2 D.4
解析:连接BC,则∠ACB=90°,
又AD⊥EF,
∴∠ADC=90°,
即∠ADC=∠ACB,
又∵∠ACD=∠ABC,
∴△ABC∽△ACD,
∴AC2=AD·AB=12,
即AC=2.
答案:C
4.如图,AB是⊙O直径,P在AB的延长线上,PD切⊙O于C点,连接AC,若AC=PC,PB=1,则⊙O的半径为( )
A.1 B.2
C.3 D.4
解析:连接BC.
∵AC=PC,∴∠A=∠P.
∵∠BCP=∠A,∴∠BCP=∠P.
∴BC=BP=1.
由△BCP∽△CAP得
PC2=PB·PA,
即AC2=PB·PA.
而AC2=AB2-BC2,
设⊙O半径为r,
则4r2-12=1·(1+2r),解得r=1.
答案:A
二、填空题
5.如图,已知AB与⊙O相切于点M,且=,且,为圆周长,则∠AMC=________,∠BMC=________,∠MDC=________,∠MOC=________.
解析:弦切角等于所夹弧所对的圆周角,等于所夹弦所对圆心角度数的一半.
答案:45° 135° 45° 90°
6.如图,AB是⊙O的直径,PB,PE分别切⊙O于B,C,若∠ACE=40°,则∠P=________.
解析:连接BC,
∵AB是⊙O的直径,
∴∠ACB=90°.
又∠ACE=40°,
∴∠PCB=∠PBC=50°.∴∠P=80°.
答案:80°
7.如图,点P在圆O直径AB的延长线上,且PB=OB=2,PC切圆O于C点,CD⊥AB于D点,则CD=________.
解析:连接OC,
∵PC切⊙O于C点,
∴OC⊥PC.
∵PB=OB=2,OC=2.
∴PC=2.
∵OC·PC=OP·CD,
∴CD==.
答案:
三、解答题
8.如图所示,⊙O1与⊙O2交于A、B两点,过⊙O1上一点P作直线PA、PB分别交⊙O2于点C和点D,EF切⊙O1于点P.
求证:EF∥CD.
证明:如图,连接AB,
∵EF是⊙O切线,
∴∠FPA=∠PBA.
又在⊙O2中,ABCD为⊙O内接四边形,
∴∠C=∠ABP.∴∠FPA=∠C.
∴EF∥CD.
9.如图所示,△ABC内接于⊙O,AB=AC,直线XY切⊙O于点C,弦BD∥XY,AC、BD相交于E.
(1)求证:△ABE≌△ACD;
(2)若AB=6 cm,BC=4 cm,
求AE的长.
解:(1)证明:因为XY是⊙O的切线,
所以∠1=∠2.
因为BD∥XY,所以∠1=∠3,所以∠2=∠3.
因为∠3=∠4,所以∠2=∠4.
因为∠ABD=∠ACD,又因为AB=AC,
所以△ABE≌△ACD.
(2)因为∠3=∠2,∠ABC=∠ACB,
所以△BCE∽△ACB,=,
AC·CE=BC2.
因为AB=AC=6 cm,BC=4 cm,
所以6·(6-AE)=16.
所以AE= cm.
10.如图,△ABC内接于圆O,AD平分∠BAC交圆O于点D,过点B作圆O的切线交直线AD于点E.
(1)求证:∠EBD=∠CBD;
(2)求证:AB·BE=AE·DC.
证明:(1)∵BE为圆O的切线,
∴∠EBD=∠BAD,
又∵AD平分∠BAC,∴∠BAD=∠CAD,
∴∠EBD=∠CAD,
又∵∠CBD=∠CAD,
∴∠EBD=∠CBD.
(2)在△EBD和△EAB中,
∠E=∠E,∠EBD=∠EAB,
∴△EBD∽△EAB,
∴=,
∴AB·BE=AE·BD,
又∵AD平分∠BAC, ∴BD=DC,
故AB·BE=AE·DC.第二讲 直线与圆的位置关系
[对应学生用书P35]
近两年高考中,主要考查圆的切线定理,切割线定理,相交弦定理,圆周角定理以及圆内接四边形的判定与性质等.题目难度不大,以容易题为主.对于与圆有关的比例线段问题通常要考虑利用相交弦定理、割线定理、切割线定理、相似三角形的判定和性质等;弦切角是沟通圆内已知和未知的桥梁,它在解决圆内有关等角问题中可以大显身手;证明四点共圆也是常见的考查题型,常见的证明方法有:①到某定点的距离都相等;②如果某两点在一条线段的同侧时,可证明这两点对该线段的张角相等;③证明凸四边形的内对角互补(或外角等于它的内对角)等.
1.(湖南高考)如图,已知AB,BC是⊙O的两条弦,AO⊥BC,AB=,BC=2,则⊙O的半径等于________.
解析:设AO,BC的交点为D,由已知可得D为BC的中点,则在直角三角形ABD中,AD==1,设圆的半径为r,延长AO交圆O于点E,由圆的相交弦定理可知BD·CD=AD·DE,即()2=2r-1,解得r=.
答案:
2.(新课标全国卷Ⅱ)如图,P是⊙O外一点,PA是切线,A为切点,割线PBC与⊙O相交于点B,C,PC=2PA,D为PC的中点,AD的延长线交⊙O于点E.证明:
(1)BE=EC;
(2)AD·DE=2PB2.
证明:(1)连接AB,AC.由题设知PA=PD,故∠PAD=∠PDA.
因为∠PDA=∠DAC+∠DCA,
∠PAD=∠BAD+∠PAB,∠DCA=∠PAB,
所以∠DAC=∠BAD,从而=.
因此BE=EC.
(2)由切割线定理得PA2=PB·PC.
因为PA=PD=DC,所以DC=2PB,BD=PB.
由相交弦定理得AD·DE=BD·DC,
所以AD·DE=2PB2.
3.(新课标全国卷Ⅱ)如图,CD为△ABC外接圆的切线,AB的延长线交直线CD于点D,E,F分别为弦AB与弦AC上的点,且BC·AE=DC·AF,B,E,F,C四点共圆.
(1)证明:CA是△ABC外接圆的直径;
(2)若DB=BE=EA,求过B,E,F,C四点的圆的面积与△ABC外接圆面积的比值.
解:(1)证明:因为CD为△ABC外接圆的切线,所以∠DCB=∠A,由题设知=,
故△CDB∽△AEF,所以∠DBC=∠EFA.
因为B,E,F,C四点共圆,所以∠CFE=∠DBC,
故∠EFA=∠CFE=90°.
所以∠CBA= 90°,因此CA是△ABC外接圆的直径.
(2)连接CE,因为∠CBE=90°,
所以过B,E,F,C四点的圆的直径为CE.
由BD=BE,有CE=DC.
又BC2=DB·BA=2DB2,
所以CA2=4DB2+BC2=6DB2.
而DC2=DB·DA=3DB2,
故过B,E,F,C四点的圆的面积与△ABC外接圆面积的比值为.
[对应学生用书P35]
圆内接四边形的判定与性质
圆内接四边形是中学教学的主要研究问题之一,近几年各地的高考选做题中常涉及圆内接四边形的判定和性质.
[例1] 已知四边形ABCD为平行四边形,过点A和点B的圆与AD、BC分别交于E、F.
求证:C、D、E、F四点共圆.
[证明] 连接EF,
因为四边形ABCD为平行四边形,
所以∠B+∠C=180°.
因为四边形ABFE内接于圆,
所以∠B+∠AEF=180°.
所以∠AEF=∠C.
所以C、D、E、F四点共圆.
[例2] 如图,ABCD是⊙O的内接四边形,延长BC到E,已知∠BCD∶∠ECD=3∶2,那么∠BOD等于( )
A.120° B.136°
C.144° D.150°
[解析] 由圆内接四边形性质知∠A=∠DCE,
而∠BCD∶∠ECD=3∶2,
且∠BCD+∠ECD=180°,∠ECD=72°.
又由圆周角定理知∠BOD=2∠A=144°.
[答案] C
直线与圆相切
直线与圆有三种位置关系,即相交、相切、相离;其中直线与圆相切的位置关系非常重要,结合此知识点所设计的有关切线的判定与性质、弦切角的性质等问题是高考选做题热点之一,解题时要特别注意.
[例3] 如图,⊙O是Rt△ABC的外接圆,∠ABC=90°,点P是圆外一点,PA切⊙O于点A,且PA=PB.
(1)求证:PB是⊙O的切线;
(2)已知PA=,BC=1,求⊙O的半径.
[解] (1)证明:如图,连接OB.
∵OA=OB,∴∠OAB=∠OBA.
∵PA=PB,∴∠PAB=∠PBA.
∴∠OAB+∠PAB=
∠OBA+∠PBA,
即∠PAO=∠PBO.
又∵PA是⊙O的切线,∴∠PAO=90°.
∴∠PBO=90°.∴OB⊥PB.
又OB是⊙O半径,∴PB是⊙O的切线.
(2)连接OP,交AB于点D.如图.
∵PA=PB,∴点P在线段AB的垂直平分线上.
∵OA=OB,∴点O在线段AB的垂直平分线上.
∴OP垂直平分线段AB.
∴∠PAO=∠PDA=90°.
又∵∠APO=∠OPA,∴△APO∽△DPA.
∴=.∴AP2=PO·DP.
又∵OD=BC=,∴PO(PO-OD)=AP2.
即PO2-PO=()2,解得PO=2.
在Rt△APO中,OA==1,
即⊙O的半径为1.
与圆有关的比例线段
圆的切线、割线、相交弦可以构成许多相似三角形,结合相似三角形的性质,又可以得到一些比例式、乘积式,在解题中,多联系这些知识,能够计算或证明角、线段的有关结论.
[例4] 如图,A,B是两圆的交点,AC是小圆的直径,D和E分别是CA和CB的延长线与大圆的交点,已知AC=4,BE=10,且BC=AD,求DE的长.
[解] 设CB=AD=x,则由割线定理得:CA·CD=CB·CE,
即4(4+x)=x(x+10),
化简得x2+6x-16=0,
解得x=2或x=-8(舍去),
即CD=6,CE=12.
连接AB,因为CA为小圆的直径,
所以∠CBA=90°,即∠ABE=90°,
则由圆的内接四边形对角互补,得∠D=90°,
则CD2+DE2=CE2,
所以62+DE2=122,
所以DE=6.
[例5] △ABC中,AB=AC,以AB为直径作圆,交BC于D,O是圆心,DM是⊙O的切线交AC于M(如图).
求证:DC2=AC·CM.
[证明] 连接AD、OD.
∵AB是直径,∴AD⊥BC.
∵OA=OD,
∴∠BAD=∠ODA.
又AB=AC,AD⊥BC,
∴∠BAD=∠CAD.
则∠CAD=∠ODA,OD∥AC.
∵DM是⊙O切线,∴OD⊥DM.
则DM⊥AC,DC2=AC·CM.
[对应学生用书P43]
(时间:90分钟,满分:120分)
一、选择题(本大题共10小题,每小题5分,满分50分.在每小题给出的四个选项中,只有一项是符合题目要求的)
1.圆内接四边形的4个角中,如果没有直角,那么一定有( )
A.2个锐角和2个钝角 B.1个锐角和3个钝角
C.1个钝角和3个锐角 D.都是锐角或都是钝角
解析:由于圆内接四边形的对角互补,圆内接四边形的4个角中若没有直角,则必有2个锐角和2个钝角.
答案:A
2.如图,在⊙O中,弦AB长等于半径,E为BA延长线上一点,∠DAE=80°,则∠ACD的度数是( )
A.60° B.50°
C.45° D.30°
解析:∠BCD=∠DAE=80°,
在Rt△ABC中,∠B=90°,AB=AC,
∴∠ACB=30°.∴∠ACD=80°-30°=50°.
答案:B
3.如图所示,在半径为2 cm的⊙O内有长为2 cm的弦AB.则此弦所对的圆心角∠AOB为( )
A.60° B.90°
C.120° D.150°
解析:作OC⊥AB于C,则BC=,
在Rt△BOC中cos ∠B==.
∴∠B=30°.
∴∠BOC=60°.∴∠AOB=120°.
答案:C
4.如图,已知⊙O的半径为5,两弦AB、CD相交于AB的中点E,且AB=8,CE∶ED=4∶9,则圆心到弦CD的距离为( )
A. B.
C. D.
解析:过O作OH⊥CD,连接OD,
则DH=CD,
由相交弦定理知,
AE·BE=CE·DE.
设CE=4x,则DE=9x,
∴4×4=4x×9x,解得x=,
∴OH== =.
答案:A
5.如图,PA切⊙O于A,PBC是⊙O的割线,且PB=BC,PA=3,那么BC的长为( )
A. B.2
C.3 D.3
解析:根据切割线定理PA2=PB·PC,
所以(3)2=2PB2.所以PB=3=BC.
答案:C
6.两个同心圆的半径分别为3 cm和6 cm,作大圆的弦MN=6 cm,则MN与小圆的位置关系是( )
A.相切 B.相交
C.相离 D.不确定
解析:作OA⊥MN于A.连接OM.
则MA=MN=3.
在Rt△OMA中,
OA==3(cm).
∴MN与小圆相切.
答案:A
7.如图,PAB,PDC是⊙O的割线,连接AD,BC,若PD∶PB=1∶4,AD=2,则BC的长是( )
A.4 B.5
C.6 D.8
解析:由四边形ABCD为⊙O的内接四边形可得∠PAD=∠C,∠PDA=∠B.
∴△PAD∽△PCB.∴==.
又AD=2,∴BC=8.
答案:D
8.已知⊙O的两条弦AB,CD交于点P,若PA=8 cm,PB=18 cm,则CD的长的最小值为( )
A.25 cm B.24 cm
C.20 cm D.12 cm
解析:设CD=a cm,CD被P分成的两段中一段长x cm,另一段长为(a-x) cm.则x(a-x)=8×18,
即8×18≤()2=a2.
所以a2≥576=242,即a≥24.
当且仅当x=a-x,即x=a=12时等号成立.
所以CD的长的最小值为24 cm.
答案:B
9.如图,点C在以AB为直径的半圆上,连接AC、BC,AB=10,tan ∠BAC=,则阴影部分的面积为( )
A.π B.π-24
C.24 D.π+24
解析:∵AB为直径,∴∠ACB=90°,
∵tan ∠BAC=,
∴sin ∠BAC=.
又∵sin ∠BAC=,AB=10,
∴BC=×10=6.
AC=×BC=×6=8,
∴S阴影=S半圆-S△ABC=×π×52-×8×6
=π-24.
答案:B
10.在Rt△ABC中,∠ACB=90°,以A为圆心、AC为半径的圆交AB于F,交BA的延长线于E,CD⊥AB于D,给出四个等式:
①BC2=BF·BA;②CD2=AD·AB;
③CD2=DF·DE;④BF·BE=BD·BA.
其中能够成立的有( )
A.0个 B.2个
C.3个 D.4个
解析:①②不正确,由相交弦定理知③正确,
又由BC2=BE·BF,BC2=BD·BA,
得BE·BF=BD·BA,故④正确.
答案:B
二、填空题(本大题共4个小题,每小题5分,满分20分.把正确答案填写在题中的横线上)
11.四边形ABCD内接于⊙O,若∠BOD=120°,OB=1,则∠BAD=________,∠BCD=________,的长=________.
解析:∠BAD=∠BOD=60°,
∠BCD=180°-∠BAD=120°,
由圆的半径OB=1,∠BOD=,
∴的长为.
答案:60° 120°
12.(陕西高考)如图,在圆O中,直径AB与弦CD垂直,垂足为E,EF⊥DB,垂足为F,若AB=6,AE=1,则DF·DB=________.
解析:由相交弦定理可知ED2=AE·EB=1×5=5,又易知△EBD与△FED相似,得DF·DB=ED2=5.
答案:5
13.如图,⊙O为△ABC的内切圆,AC,BC,AB分别与⊙O切于点D,E,F,∠C=90°,AD=3,⊙O的半径为2,则BC=________.
解析:如图所示,分别连接OD,OE,OF.
∵OE=OD,CD=CE,OE⊥BC,OD⊥AC,
∴四边形OECD是正方形.
设BF=x,则BE=x.
∵AD=AF=3,CD=CE=2,
∴(2+x)2+25=(x+3)2,解得x=10,
∴BC=12.
答案:12
14.如图,AB为⊙O的直径,CB切⊙O于B,CD切⊙O于D,交AB的延长线于E,若EA=1,ED=2,则BC=________.
解析:∵CE为⊙O的切线,D为切点,
∴ED2=EA·EB.
又∵EA=1,ED=2,得EB=4,
又∵CB、CD均为⊙O的切线,∴CD=CB.
在Rt△EBC中,设BC=x,则EC=x+2.
由勾股定理得EB2+BC2=EC2.
∴42+x2=(x+2)2,得x=3,∴BC=3.
答案:3
三、解答题(本大题共4个小题,满分50分.解答时应写出必要的文字说明、证明过程或演算步骤)
15.(本小题满分12分)如图,设AB为⊙O的任一条不与直线l垂直的直径,P是⊙O与l的公共点,AC⊥l,BD⊥l,垂足分别为C,D,且PC=PD,求证:(1)l是⊙O的切线;
(2)PB平分∠ABD.
证明:(1)连接OP,
因为AC⊥l,BD⊥l,
所以AC∥BD.
又OA=OB,PC=PD,
所以OP∥BD,从而OP⊥l.
因为P在⊙O上,所以l是⊙O的切线.
(2)连接AP,因为l是⊙O的切线,
所以∠BPD=∠BAP.
又∠BPD+∠PBD=90°,
∠BAP+∠PBA=90°,
所以∠PBA=∠PBD,
即PB平分∠ABD.
16.(本小题满分12分)(2012·辽宁高考)如图,⊙O和⊙O′相交于A,B两点,过A作两圆的切线分别交两圆于C,D两点,连结DB并延长交⊙O于点E.
证明:(1)AC·BD=AD·AB;
(2)AC=AE.
证明:(1)由AC与⊙O′相切于A,得∠CAB=∠ADB,
同理∠ACB=∠DAB,
所以△ACB∽△DAB.从而=,
即AC·BD=AD·AB.
(2)由AD与⊙O相切于A,得∠AED=∠BAD,
又∠ADE=∠BDA,得
△EAD∽△ABD.从而=,
即AE·BD=AD·AB.
结合(1)的结论,AC=AE.
17.(本小题满分12分)如图,AB为圆O的直径,CD为垂直于AB的一条弦,垂足为E,弦BM与CD交于点F.
(1)证明:A,E,F,M四点共圆;
(2)证明:AC2+BF·BM=AB2.
证明:(1)连接AM,则∠AMB=90°.
∵AB⊥CD,∴∠AEF=90°.
∴∠AMB+∠AEF=180°,
即A,E,F,M四点共圆.
(2)连接CB,由A,E,F,M四点共圆,
得BF·BM=BE·BA.
在Rt△ACB中,BC2=BE·BA,AC2+CB2=AB2,
∴AC2+BF·BM=AB2.
18.(辽宁高考)(本小题满分14分)如图,EP交圆于E,C两点,PD切圆于D,G为CE上一点且PG=PD,连接DG并延长交圆于点A,作弦AB垂直EP,垂足为F.
(1)求证:AB为圆的直径;
(2)若AC=BD,求证:AB=ED.
证明:(1)因为PD=PG,所以∠PDG=∠PGD.
由于PD为切线,故∠PDA=∠DBA,
又由于∠PGD=∠EGA,故∠DBA=∠EGA,
所以∠DBA+∠BAD=∠EGA+∠BAD,
从而∠BDA=∠PFA.
由于AF⊥EP,所以∠PFA=90°,于是∠BDA=90°.故AB是直径.
(2)连接BC,DC.
由于AB是直径,故∠BDA=∠ACB=90°.
在Rt△BDA与Rt△ACB中,AB=BA,AC=BD,
从而Rt△BDA≌Rt△ACB,
于是∠DAB=∠CBA.
又因为∠DCB=∠DAB,所以∠DCB=∠CBA,故DC∥AB.
由于AB⊥EP,所以DC⊥EP,∠DCE为直角.
于是ED为直径.由(1)得ED=AB.