
?專題10 幾何證明之圓中的線段長度問題
1、如圖所示,已知A,B兩點的坐標分別為(2,0),(0,10),P是△AOB外接圓⊙C上的一點,OP交AB于點 D.
(1)當OP⊥AB時,求OP;
(2)當∠AOP=30°時,求AP.
解:(1)∵A,B兩點的坐標分別為(2,0),(0,10),
∴AO=2,OB=10,
∵AO⊥BO,
∴AB==4,
∵OP⊥AB,
∴=,CD=DP,
∴CD=,
∴OP=2CD=;
(2)連接CP,
∵∠AOP=30°,
∴∠ACP=60°,
∵CP=CA,
∴△ACP為等邊三角形,
∴AP=AC=AB=2.
2、如圖,在Rt△ABC中,∠BAC=90°,點D為BC邊的中點,以AD為直徑作⊙O,分別與AB,AC交于點E,F(xiàn),過點E作EG⊥BC于G.
(1)求證:EG是⊙O的切線;
(2)若AF=6,⊙O的半徑為5,求BE的長.
(1)證明:如圖,連接EF,
∵∠BAC=90°,
∴EF是⊙O的直徑,
∴OA=OE,
∴∠BAD=∠AEO,
∵點D是Rt△ABC的斜邊BC的中點,
∴AD=BD,
∴∠B=∠BAD,
∴∠AEO=∠B,
∴OE∥BC,
∵EG⊥BC,
∴OE⊥EG,
∵點E在⊙O上,
∴EG是⊙O的切線;
(2)∵⊙O的半徑為5,
∴EF=2OE=10,
在Rt△AEF中,AF=6,
根據(jù)勾股定理得,AE==8,
由(1)知OE∥BC,
∵OA=OD,
∴BE=AE=8.
3、如圖,已知AB是⊙O的直徑,AB=4,點C是AB延長線上一點,且BC=2,點D是半圓的中點,點P是⊙O上任意一點.
(1)當PD與AB交于點E且PC=CE時,求證:PC與⊙O相切;
(2)在(1)的條件下,求PC的長;
(3)點P是⊙O上動點,當PD+PC的值最小時,求PC的長.
解:(1)證明:如圖1,
∵點D是半圓的中點,
∴∠APD=45°,
連接OP,
∴OA=OP,
∴∠OAP=∠OPA,
∴∠PEC=∠OAP+∠APE=∠OPA+∠APE=∠APE﹣∠OPE+∠APE=2∠APE﹣∠OPE=90°﹣∠OPE,
∵PC=EC,
∴∠CPE=∠PEC=90°﹣∠APE,
∴∠OPC=∠OPE+∠CPE=∠OPE+90°﹣∠OPE=90°,
∵點P在⊙O上,
∴PC是⊙O的切線;
(2)解:由(1)知,∠OPC=90°,
∵AB=4,
∴OP=OB=AB=2,
∵BC=2,
∴OC=OB+BC=4,
根據(jù)勾股定理得,CP==2;
(3)解:連接OD,如圖2,
∵D是半圓O的中點,
∴∠BOD=90°,要使PD+PC的值最小,則連接CD交⊙O于P',
即點P在P'的位置時,PD+PC最小,
由(2)知,OC=4,
在Rt△COD中,OD=OB=2,
根據(jù)勾股定理得,CD==2,
連接BP,AD,則四邊形ADP'B是⊙O的內(nèi)接四邊形,
∴∠CBP'=∠CDA,
∵∠BCP=∠DCA,
∴△CBP'∽△CDA,
∴=,
∴,
∴CP'=.
4、如圖,已知AB是⊙O的弦,點C是弧AB的中點,D是弦AB上一動點,且不與A、B重合,CD的延長線交于⊙O點E,連接AE、BE,過點A作AF⊥BC,垂足為F,∠ABC=30°.
(1)求證:AF是⊙O的切線;
(2)若BC=6,CD=3,則DE的長為 9??;
(3)當點D在弦AB上運動時,的值是否發(fā)生變化?如果變化,請寫出其變化范圍;如果不變,請求出其值.
(1)證明:如圖1中,連接AC,OC,OA.
∵∠AOC=2∠ABC=60°,OA=OC,
∴△AOC是等邊三角形,
∴∠CAO=60°,
∵=,
∴AB⊥OC,
∴∠OAD=∠OAC=30°,
∵∠ABC=30°,
∴∠ABC=∠OAD,
∴OA∥BF,
∵AF⊥BF,
∴OA⊥AF,
∴AF是⊙O的切線.
(2)解:∵=,
∴∠CBD=∠BEC,
∵∠BCD=∠BCE,
∴△BCD∽△ECB,
∴=,
∴=,
∴EC=12,
∴DE=EC﹣CD=12﹣3=9.
故答案為9.
(3)解:結(jié)論:=,的值不變.
理由:如圖2中,連接AC,OC,OC交AB于H,作AN∥EC交BE的延長線于N.
∵=,
∴OC⊥AB,CB=CA,
∴BH=AH=AB,
∵∠ABC=30°,
∴BH=BC,
∴AC=AB,
∵CE∥AN,
∴∠N=∠CEB=30°,∠EAN=∠AEC=∠ABC=30°,
∴∠CEA=∠ABC=30°,∠EAN=∠N,
∴∠N=∠AEC,AE=EN,
∵∠ACE=∠ABN,
∴△ACE∽△ABN,
∴==,
∴=,
∴的值不變.
5、如圖1所示,以點M(﹣1,0)為圓心的圓與y軸,x軸分別交于點A,B,C,D,與⊙M相切于點H的直線EF交x軸于點E(﹣5,0),交y軸于點F(0,).
(1)求⊙M的半徑r;
(2)如圖2所示,連接CH,弦HQ交x軸于點P,若cos∠QHC=,求的值;
(3)如圖3所示,點P為⊙M上的一個動點,連接PE,PF,求PF+PE的最小值.
解:(1)如圖1,連接MH,
∵E(﹣5,0),F(xiàn)(0,﹣),M(﹣1,0),
∴OE=5,OF=,EM=4,
∴在Rt△OEF中,tan∠OEF==,
∴∠OEF=30°,
∵EF是⊙M的切線,
∴∠EHM=90°,
∴sin∠MEH=sin30°=,
∴MH=ME=2,
即r=2;
(2)如圖2,連接DQ、CQ,MH.
∵∠QHC=∠QDC,∠CPH=∠QPD,
∴△PCH∽△PQD,
∴,
由(1)可知,∠HEM=30°,
∴∠EMH=60°,
∵MC=MH=2,
∴△CMH為等邊三角形,
∴CH=2,
∵CD是⊙M的直徑,
∴∠CQD=90°,CD=4,[來源:Z+xx+k.Com]
∴在Rt△CDQ中,cos∠QHC=cos∠QDC=,
∴QD=CD=3,
∴;
(3)連MP,取CM的點G,連接PG,則MP=2,G(﹣2,0),
∴MG=CM=1,
∴,
又∵∠PMG=∠EMP,
∴△MPG∽△MEP,
∴,
∴PG=PE,
∴PF+PE=PF+PG,
當F,P,G三點共線時,PF+PG最小,連接FG,即PF+PE有最小值=FG,
在Rt△OGF中,OG=2,OF=,
∴FG===.
∴PF+PE的最小值為.
6、如圖,⊙O的直徑AB=10,弦BC=,點P是⊙O上的一動點(不與點A、B重合,且與點C分別位于直徑AB的異側(cè)),連接PA,PC,過點C作PC的垂線交PB的延長線于點D.
(1)求tan∠BPC的值;
(2)隨著點P的運動,的值是否會發(fā)生變化?若變化,請說明理由,若不變,則求出它的值;
(3)運動過程中,AP+2BP的最大值是多少?請你直接寫出它來.
解:(1)連接AC,
∵AB是⊙O的直徑,
∴∠ACB=90°,
在Rt△ABC中,AB=10,BC=2,
∴AC==4,
∴tan∠BPC=tan∠BAC==;
(2)的值不會發(fā)生變化,理由如下:
∵∠PCD=∠ACB=90°,
∴∠1+∠PCB=∠2+∠PCB,
∴∠1=∠2,
∵∠3是圓內(nèi)接四邊形APBC的一個外角,
∴∠3=∠PAC,
∴△CBD∽△CAP,
∴=,
在Rt△PCD中,=tan∠BPC=,
∴==;
(3)由(2)知BD=AP,
∴AP+2BP
=2(AP+BP)
=2(BD+BP)
=2PD
=,
由tan∠BPC=,得:cos∠BPC=,
∴AP+2BP=PC≤AB=10,
∴AP+2BP的最大值為10.
7、在圖1至圖3中,⊙O的直徑BC=30,AC切⊙O于點C,AC=40,連接AB交⊙O于點D,連接CD,P是線段CD上一點,連接PB.
(1)如圖1,當點P,O的距離最小時,求PD的長;
(2)如圖2,若射線AP過圓心O,交⊙O于點E,F(xiàn),求tanF的值;
(3)如圖3,作DH⊥PB于點H,連接CH,直接寫出CH的最小值.
解:(1)如圖1,連接OP,
∵AC切⊙O于點C,
∴AC⊥BC.
∵BC=30,AC=40,
∴AB=50.
由,
即,
解得CD=24,
當OP⊥CD時,點P,O的距離最小,此時.
(2)如圖2,連接CE,
∵EF為⊙O的直徑,
∴∠ECF=90°.
由(1)知,∠ACB=90°,
由AO2=AC2+OC2,得(AE+15)2=402+152,
解得.
∵∠ACB=∠ECF=90°,
∴∠ACE=∠BCF=∠AFC.
又∠CAE=∠FAC,
∴△ACE∽△AFC,
∴.
∴.
(3)CH的最小值為.
解:如圖3,以BD為直徑作⊙G,則G為BD的中點,DG=9,
∵DH⊥PB,
∴點H總在⊙G上,GH=9,
∴當點C,H,G在一條直線上時,CH最小,
此時,,,
即CH的最小值為.
8、如圖,在Rt△ABC中,∠C=90°,AD平分∠BAC交BC于點D,O為AB上一點,經(jīng)過點A,D的⊙O分別交AB,AC于點E,F(xiàn),連接OF交AD于點G.
(1)求證:BC是⊙O的切線;
(2)求證:AD2=AB?AF;
(3)若BE=8,sinB=,求AD的長,
解:(1)如圖1,連接OD,則OA=OD,
∴∠ODA=∠OAD,
∵AD是∠BAC的平分線,
∴∠OAD=∠CAD,
∴∠ODA=∠CAD,
∴OD∥AC,
∴∠ODB=∠C=90°,
∵點D在⊙O上,
∴BC是⊙O的切線;
(2)如圖2,
連接OD,DF,EF,
∵AE是⊙O的直徑,
∴∠AFE=90°=∠C,
∴EF∥BC,
∴∠B=∠AEF,
∵∠AEF=∠ADF,
∴∠B=∠ADF,
由(1)知,∠BAD=∠DAF,
∴△ABD∽△ADF,
∴,
∴AD2=AB?AF;
(3)如圖3,
連接OD,由(1)知,OD⊥BC,
∴∠BDO=90°,
設(shè)⊙O的半徑為R,則OA=OD=OE=R,
∵BE=8,
∴OB=BE+OE=8+R,
在Rt△BDO中,sinB=,
∴sinB==,
∴R=5,
∴AE=2OE=10,AB=BE+2OE=18,
連接EF,由(2)知,∠AEF=∠B,∠AFE=∠C=90°,
∴sin∠AEF=sinB=,
在Rt△AFE中,sin∠AEF===,
∴AF=
由(2)知,AD2=AB?AF=18×=,
∴AD==.
9、如圖,AB為圓O的直徑,C為圓O上一點,D為BC延長線一點,且BC=CD,CE⊥AD于點E.
(1)求證:直線EC為圓O的切線;
(2)設(shè)BE與圓O交于點F,AF的延長線與CE交于點P,
①求證:PC2=PF?PA
②若PC=5,PF=4,求sin∠PEF的值.
證明:(1)∵CE⊥AD于點E,
∴∠DEC=90°,
∵BC=CD,
∴C是BD的中點,
又∵O是AB的中點,
∴OC是△BDA的中位線,
∴OC∥AD,
∴∠OCE=∠CED=90°,
∴OC⊥CE,
又∵點C在圓上,
∴CE是圓O的切線;
(2)①連接AC,
∵OC⊥CE,
∴∠ECO=90°,
∵AB是直徑,
∴∠ACB=90°=∠ECO,
∴∠ECA=∠OCB,
∵OC=OB,
∴∠OCB=∠OBC=∠ACE,[來源:學(xué)科網(wǎng)ZXXK]
∵∠ABF=∠ACF,
∴∠OBC﹣∠ABF=∠ACE﹣∠ACF,
∴∠EBC=∠ECF,且∠EBC=∠CAP,
∴∠ECF=∠CAP,且∠CPF=∠CPA,
∴△PCF∽△PAC,
∴
∴PC2=PF?PA
②∵AB是直徑,點F在圓上,
∴∠AFB=∠PFE=90°=∠CEA,
∵∠EPF=∠EPA,
∴△PEF∽△PAE,
∴
∴PE2=PF?PA
∴PE=PC
在直角△PEF中,sin∠PEF=.
10、如圖1,在平面直角坐標系內(nèi),A,B為x軸上兩點,以AB為直徑的⊙M交y軸于C,D兩點,C為的中點,弦AE交y軸于點F,且點A的坐標為(﹣2,0),CD=8.
(1)求⊙M的半徑;
(2)動點P在⊙M的圓周上運動.
①如圖1,當EP平分∠AEB時,求PN?EP的值;
②如圖2,過點D作⊙M的切線交x軸于點Q,當點P與點A,B不重合時,是否為定值?若是,請求出其值;若不是,請說明理由.
解:(1)如圖1中,連接CM.
∵AM⊥CD,
∴OC=OD=4,
設(shè)CM=AM=r,
在Rt△CMO中,∵CM2=OC2+OM2,
∴r2=42+(r﹣2)2,
解得r=5,
∴⊙M的半徑為5.
(2)①如圖2中,連接AP,BP.
∵AB是直徑,
∴∠APB=∠AEB=90°,
∵PE平分∠AEP,
∴∠AEP=∠PEB=45°,
∴=,
∴PA=PB,
∵AB=10,∠APB=90°,
∴PA=PB=×AB=5,
∵∠PAN=∠AEP=45°,∠APN=∠APE,
∴△APN∽△EPA,
∴=,
∴PN?PE=PA2=50.
②如圖3中,連接PM,DM.
∵DQ是⊙M的切線,
∴DQ⊥DM,
∴∠MDQ=∠MOD=90°,
∵∠DMO=∠QMD,
∴△DMO∽△QMD,
∴=,
∴DM2=MO?MQ,
∵MP=MD,
∴MP2=MO?MQ,
∴=,∵∠PMO=∠PMQ,
∴△PMO∽△QMP,
∴=,
∵DM2=MO?MQ,
∴25=3MQ,
∴MQ=,
∴==.
11、如圖,AB為⊙O的直徑,CD⊥AB于點G,E是CD上一點,且BE=DE,延長EB至點P,連接CP,使PC=PE,延長BE與⊙O交于點F,連結(jié)BD,F(xiàn)D.
(1)連結(jié)BC,求證:△BCD≌△DFB;
(2)求證:PC是⊙O的切線;
(3)若tanF=,AG﹣BG=,求ED的值.
解:(1)證明:因為BE=DE,
所以∠FBD=∠CDB,
在△BCD和△DFB中:
∠BCD=∠DFB
∠CDB=∠FBD
BD=DB
所以△BCD≌△DFB(AAS).
(2)證明:連接OC.
因為∠PEC=∠EDB+∠EBD=2∠EDB,
∠COB=2∠EDB,
所以∠COB=∠PEC,
因為PE=PC,
所以∠PEC=∠PCE,
所以∠PCE=∠COB,
因為AB⊥CD于G,
所以∠COB+∠OCG=90°,
所以∠OCG+∠PEC=90°,
即∠OCP=90°,
所以O(shè)C⊥PC,
所以PC是圓O的切線.
(3)因為直徑AB⊥弦CD于G,
所以BC=BD,CG=DG,
所以∠BCD=∠BDC,
因為∠F=∠BCD,tanF=,
所以∠tan∠BCD==,
設(shè)BG=2x,則CG=3x.[來源:學(xué),科,網(wǎng)]
連接AC,則∠ACB=90°,
由射影定理可知:CG2=AG?BG,
所以AG=,
因為AG﹣BG=,
所以,
解得x=,
所以BG=2x=,CG=3x=2,
所以BC=,
所以BD=BC=,
因為∠EBD=∠EDB=∠BCD,
所以△DEB~△DBC,
所以,
因為CD=2CG=4,
所以DE=.
12、如圖1,在直角坐標系中,直線l與x、y軸分別交于點A(2,0)、B(0,)兩點,∠BAO的角平分線交y軸于點D.點C為直線l上一點,以AC為直徑的⊙G經(jīng)過點D,且與x軸交于另一點E.
(1)求出⊙G的半徑r,并直接寫出點C的坐標;
(2)如圖2,若點F為⊙G上的一點,連接AF,且滿足∠FEA=45°,請求出EF的長?
解:(1)連接GD,EC.
∵∠OAB的角平分線交y軸于點D,
∴∠GAD=∠DAO,
∵GD=GA,
∴∠GDA=∠GAD,
∴∠GDA=∠DAO,
∴GD∥OA,
∴∠BDG=∠BOA=90°,
∵GD為半徑,
∴y軸是⊙G的切線;
∵A(2,0),B(0,),
∴OA=2,OB=,
在Rt△AOB中,由勾股定理可得:AB===
設(shè)半徑GD=r,則BG=﹣r,
∵GD∥OA,
∴△BDG∽△BOA,
∴=,
∴r=2(﹣r),
∴r=,
∵AC是直徑,
∴∠AEC=∠AOB=90°,
∴EC∥OB,
∴==,
∴==,
∴EC=2,AE=,
∴OE=2﹣=,
∴C的坐標為(,2);
(2)過點A作AH⊥EF于H,連接CE、CF,
∵AC是直徑,
∴AC=2×=
∴∠AEC=∠AFC=90°
∵∠FEA=45°
∴∠FCA=45°
∴在Rt△AEH中,
由勾股定理可知:AF=CF=,
設(shè)OE=a
∴AE=2﹣a
∵CE∥OB
∴△ACE∽△ABO
∴=,
∴CE=2,
∵CE2+AE2=AC2,
∴22+(2﹣a)2=
∴a=或a=(不合題意,舍去)
∴AE=
∴在Rt△AEH中,
由勾股定理可得,AH=EH=,
∴在Rt△AEH中,
由勾股定理可知:FH2=AF2﹣AH2=()2﹣()2=2,
∴FH=,
∴EF=EH+FH=.
13、如圖,AB是⊙O的直徑,弦CD⊥AB于點H,連接AC,過弧BD上一點E作EG∥AC交CD的延長線于點G,連接AE交CD于點F,且EG=FG,連接CE.
(1)求證:△ECF∽△GCE;
(2)求證:EG是⊙O的切線;
(3)延長AB交GE的延長線于點M,若,求EM的值.
(1)證明:如圖1中,
∵AC∥EG,
∴∠G=∠ACG,
∵AB⊥CD,
∴=,
∴∠CEF=∠ACD,
∴∠G=∠CEF,
∵∠ECF=∠ECG,[來源:學(xué)科網(wǎng)]
∴△ECF∽△GCE;
(2)證明:如圖2中,連接OE,
∵GF=GE,
∴∠GFE=∠GEF=∠AFH,
∵OA=OE,
∴∠OAE=∠OEA,
∵∠AFH+∠FAH=90°,
∴∠GEF+∠AEO=90°,
∴∠GEO=90°,
∴GE⊥OE,
∴EG是⊙O的切線.
(3)解:如圖3中,連接OC.設(shè)⊙O的半徑為r.
在Rt△AHC中,tan∠ACH=tan∠G=,
∵AH=3,
∴HC=4,
在Rt△HOC中,∵OC=r,OH=r﹣3,HC=4,
∴(r﹣3)2+(4)2=r2,
∴r=,
∵GM∥AC,
∴∠CAH=∠M,
∵∠OEM=∠AHC,
∴△AHC∽△MEO,
∴=,
∴=,
∴EM=.
14、如圖,AB為⊙O的直徑,CD⊥AB于點E,F(xiàn)是CD上一點,且BF=DF,延長FB至點P,連接CP,使PC=PF,延長BF與⊙O交于點G,連結(jié)BD,GD.
(1)連結(jié)BC,求證:CD=GB;
(2)求證:PC是⊙O的切線;
(3)若tanG=,且AE﹣BE=,求FD的值.
解:(1)∵BF=DF,
∴∠BDF=∠DBF,
在△BCD與△DGB中,
,
∴△BCD≌△DGB(AAS),
∴CD=GB;
(2)如圖1,連接OC,
∵∠COB=2∠CDB,∠CFB=∠CDB+∠DBF=2∠CDB,
∴∠COB=∠CFB,
∵PC=PF,
∴∠COB=∠CFB=∠PCF,
∵AB⊥CD,
∴∠COB+∠OCE=90°,
∴∠PCF+∠OCE=∠PCO=90°,
∴OC⊥CP,
∵OC是半徑,
∴PC是⊙O的切線;
(3)如圖2,連接AD,
∵AB是⊙O的直徑,
∴∠ADB=90°,
∵AB⊥CD,
∴=,
∴∠BDE=∠A=∠G,
∵tanG=,
∴tanA=,即AE=3DE,[來源:學(xué)*科*網(wǎng)Z*X*X*K]
同理可得:DE=3BE,
∴AE﹣BE=3DE﹣DE=,
解得:DE=,
∴CD=2DE=2,
∴BE==,
∴BD==,
∵∠BCD=∠FDB,∠BDC=∠FBD,
∴△BCD∽△FDB,
∴,
∵BC=BD,
∴FD===.
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