专题3.2 垂直于弦的直径（知识解读）-2023-2024学年九年级数学下册重点专题解读+训练（北师大版）

这是一份专题3.2 垂直于弦的直径（知识解读）-2023-2024学年九年级数学下册重点专题解读+训练（北师大版），共17页。


【学习目标】
1.掌握垂径定理及其推论；
2.利用垂径定理及其推论进行简单的计算和证明.
【知识点梳理】
考点1 垂径定理
垂径定理：垂直于弦的直径平分这条弦，并且平分弦所对的两条弧。
推论1：1）平分弦（不是直径）的直径垂直于弦，并且平分弦所对的两条弧；
2）弦的垂直平分线经过圆心，并且平分弦所对的两条弧；
3）平分弦所对的一条弧的直径垂直平分弦，并且平分弦所对的另一条弧。
推论2：圆的两条平行弦所夹的弧相等。
常见辅助线做法（考点）：1）过圆心，作垂线，连半径，造Rt△，用勾股，求长度；
有弧中点，连中点和圆心，得垂直平分
考点2 垂径定理的应用
经常为未知数，结合方程于勾股定理解答
【典例分析】【考点1 垂径定理】
【例1】（2022春•沙坪坝区校级期中）如图，AB是⊙O的直径，弦CD⊥AB，垂足为E，如果AB＝20，CD＝16，那么线段BE的长为（ ）
A．4B．6C．8D．9
【变式1-1】（2022•无棣县一模）如图，在⊙O中，弦AB＝4，圆心O到AB的距离OC＝1，则⊙O的半径长为（ ）
A．2B．2C．D．
【变式1-2】（2022•禅城区一模）如图，⊙O中，半径OC＝2，弦AB垂直平分OC，则AB的长是（ ）
A．3B．4C．2D．4
【变式1-3】（2021秋•瓦房店市期末）如图，在⊙O中，CD是直径，AB是弦，AB⊥CD于E，AB＝8，OD＝5，则CE的长为（ ）
A．4B．2C．D．1
【考点2 垂径定理的应用】
【典例2】（2020秋•渝中区期末）如图，在以点O为圆心的两个同心圆中，大圆的弦AB交小圆于C、D两点．
（1）求证：AC＝BD；
（2）连接OA、OC，若OA＝6，OC＝4，∠OCD＝60°，求AC的长．
【变式2-1】（2020秋•甘井子区校级期末）如图，两个同心圆的圆心为O，大圆的弦AB交小圆于C、D，求证：AC＝BD．
【变式2-2】（2020秋•广饶县期中）已知在以点O为圆心的两个同心圆中，大圆的弦交小圆于点C、D
（1）求证：AC＝BD；
（2）若大圆的半径r＝8，小圆的半径r＝6，且圆心O到直线AB的距离为4，求AC的长．
【典例3】（2021秋•开化县期末）《九章算术》被尊为古代数学“群经之首”，其卷九勾股定理篇记载：今有圆材埋于壁中，不知大小．以锯锯之，深一寸，锯道长一尺．问径几何？如图，大意是，今有一圆柱形木材，埋在墙壁中，不知其大小，用锯去锯这个木材，锯口深CD等于1寸，锯道AB长1尺，则圆形木材的直径是（ ）（1尺＝10寸）
A．12寸B．13寸C．24寸D．26寸
【变式3-1】（2022•德城区一模）把一个球放在长方体收纳箱中，截面如图所示，若箱子高16cm，AB长16cm，则球的半径为（ ）
A．9B．10C．11D．12
【变式3-2】（2021秋•玄武区期中）如图，一条公路的转弯处是一段圆弧，点O是这段弧所在圆的圆心．C是上的点，OC⊥AB，垂足为M．若AB＝10m，CM＝1m，则⊙O的半径为 m．
【变式3-3】（2021秋•潜山市期末）如图1所示，圆形拱门屏风是中国古代家庭中常见的装饰隔断，既美观又实用，彰显出中国元素的韵味．图2是一款拱门的示意图，其中拱门最下端AB＝18分米，C为AB中点，D为拱门最高点，圆心O在线段CD上，CD＝27分米，求拱门所在圆的半径．
【典例4】（2021秋•兴化市期中）在直径为1000毫米的圆柱形油罐内装进一些油．其横截面如图．油面宽AB＝600毫米．
（1）求油的最大深度；
（2）如果再注入一些油后，油面宽变为800毫米，此时油面上升了多少毫米？
【变式4】（2022•立山区一模）如图，有一座拱桥是圆弧形，它的跨度AB＝60米，拱高PD＝18米．
（1）求圆弧所在的圆的半径r的长；
（2）当洪水泛滥到跨度只有30米时，要采取紧急措施，若拱顶离水面只有4米，即PE＝4米时，是否要采取紧急措施？
专题3.2 垂直于弦的直径（知识解读）
【直击考点】

【学习目标】
1.掌握垂径定理及其推论；
2.利用垂径定理及其推论进行简单的计算和证明.
【知识点梳理】
考点1 垂径定理
垂径定理：垂直于弦的直径平分这条弦，并且平分弦所对的两条弧。
推论1：1）平分弦（不是直径）的直径垂直于弦，并且平分弦所对的两条弧；
2）弦的垂直平分线经过圆心，并且平分弦所对的两条弧；
3）平分弦所对的一条弧的直径垂直平分弦，并且平分弦所对的另一条弧。
推论2：圆的两条平行弦所夹的弧相等。
常见辅助线做法（考点）：1）过圆心，作垂线，连半径，造Rt△，用勾股，求长度；
有弧中点，连中点和圆心，得垂直平分
考点2 垂径定理的应用
经常为未知数，结合方程于勾股定理解答
【典例分析】【考点1 垂径定理】
【例1】（2022春•沙坪坝区校级期中）如图，AB是⊙O的直径，弦CD⊥AB，垂足为E，如果AB＝20，CD＝16，那么线段BE的长为（ ）
A．4B．6C．8D．9
【答案】A
【解答】解：连接OC，
∵AB＝20，
∴OC＝OA＝OB＝10，
∵AB⊥CD，AB是⊙O的直径，
∴CE＝DE＝CD，
∵CD＝16，
∴CE＝DE＝8，
在Rt△OCE中，由勾股定理得：OE＝＝＝6，
∴BE＝OB﹣OE＝10﹣6＝4，
故选：A．
【变式1-1】（2022•无棣县一模）如图，在⊙O中，弦AB＝4，圆心O到AB的距离OC＝1，则⊙O的半径长为（ ）
A．2B．2C．D．
【答案】C
【解答】解：根据题意，OC⊥AB，
∴∠ACO＝90°，AC＝BC＝AB＝2，
在Rt△AOC中，OA＝＝＝，
即⊙O的半径长为．
故选：C
【变式1-2】（2022•禅城区一模）如图，⊙O中，半径OC＝2，弦AB垂直平分OC，则AB的长是（ ）
A．3B．4C．2D．4
【答案】C
【解答】解：连接OA，OC交AB于D点，如图，
∵弦AB垂直平分OC，
∴OD＝CD＝OC＝1，
在Rt△AOD中，AD＝＝，
∵OD⊥AB，
∴AD＝BD，
∴AB＝2AD＝2．
故选：C．
【变式1-3】（2021秋•瓦房店市期末）如图，在⊙O中，CD是直径，AB是弦，AB⊥CD于E，AB＝8，OD＝5，则CE的长为（ ）
A．4B．2C．D．1
【答案】B
【解答】解：连接OA，如图，
∵AB⊥CD，
∴AE＝BE＝AB＝4，
在Rt△OAE中，OE＝＝＝3，
∴CE＝OC﹣OE＝5﹣3＝2．
故选：B．
【考点2 垂径定理的应用】
【典例2】（2020秋•渝中区期末）如图，在以点O为圆心的两个同心圆中，大圆的弦AB交小圆于C、D两点．
（1）求证：AC＝BD；
（2）连接OA、OC，若OA＝6，OC＝4，∠OCD＝60°，求AC的长．
【答案】（1）略 （2）2﹣2
【解答】（1）证明：过O作OH⊥CD于H，如图1所示：
∵OH⊥CD，
∴CH＝DH，AH＝BH，
∴AH﹣CH＝BH﹣DH，
∴AC＝BD；
（2）解：过O作OH⊥CD于H，连接OD，如图2所示：
则CH＝DH＝CD，
∵OC＝OD，∠OCD＝60°，
∴△OCD是等边三角形，
∴CD＝OC＝4，
∴CH＝2，
∴OH＝＝＝2，
∴AH＝＝＝2，
∴AC＝AH﹣CH＝2﹣2．

【变式2-1】（2020秋•甘井子区校级期末）如图，两个同心圆的圆心为O，大圆的弦AB交小圆于C、D，求证：AC＝BD．
【答案】略
【解答】证明：
过O作OE⊥AB于E，
则OE⊥CD，
∵OE过O，
∴由垂径定理得：AE＝BE，CE＝DE，
∴AE﹣CE＝BE﹣DE，
即AC＝BD．
【变式2-2】（2020秋•广饶县期中）已知在以点O为圆心的两个同心圆中，大圆的弦交小圆于点C、D
（1）求证：AC＝BD；
（2）若大圆的半径r＝8，小圆的半径r＝6，且圆心O到直线AB的距离为4，求AC的长．
【答案】（1）略 （2）AC＝AE﹣CE＝4﹣2
【解答】（1）证明：作OE⊥AB，则AE＝BE，CE＝DE，
故BE﹣DE＝AE﹣CE；
即AC＝BD；
（2）解：连接OC，OA，
∵OE⊥AB且OE⊥CD，
∴OE＝4，CE＝DE，
∴DE＝CE＝＝＝2，
AE＝＝＝4，
∴AC＝AE﹣CE＝4﹣2．
【典例3】（2021秋•开化县期末）《九章算术》被尊为古代数学“群经之首”，其卷九勾股定理篇记载：今有圆材埋于壁中，不知大小．以锯锯之，深一寸，锯道长一尺．问径几何？如图，大意是，今有一圆柱形木材，埋在墙壁中，不知其大小，用锯去锯这个木材，锯口深CD等于1寸，锯道AB长1尺，则圆形木材的直径是（ ）（1尺＝10寸）
A．12寸B．13寸C．24寸D．26寸
【答案】D
【解答】解：连接OA、OC，如图：
由题意得：C为AB的中点，
则O、C、D三点共线，OC⊥AB，
∴AC＝BC＝AB＝5（寸），
设圆的半径为x寸，则OC＝（x﹣1）寸．
在Rt△OAC中，由勾股定理得：52+（x﹣1）2＝x2，
解得：x＝13．
∴圆材直径为2×13＝26（寸）．
故选：D．
【变式3-1】（2022•德城区一模）把一个球放在长方体收纳箱中，截面如图所示，若箱子高16cm，AB长16cm，则球的半径为（ ）
A．9B．10C．11D．12
【答案】B
【解答】解：AB的中点D，作CD⊥AB于点D，取CD上的球心O，连接OB，
设OB＝x，则OD＝16﹣x，BD＝8，
在直角三角形ODB中，BD2+MF2＝OB2，
即：（16﹣x）2+82＝x2，
解得：x＝10．
故选：B．
【变式3-2】（2021秋•玄武区期中）如图，一条公路的转弯处是一段圆弧，点O是这段弧所在圆的圆心．C是上的点，OC⊥AB，垂足为M．若AB＝10m，CM＝1m，则⊙O的半径为 m．
【答案】13
【解答】解：连接OA，如图所示：
设⊙O的半径为rm，
∵OC⊥AB，AB＝10m，
∴AM＝BM＝AB＝5（m），
在Rt△AOD中，由勾股定理得：OA2＝OM2+AM2，
即：r2＝（r﹣1）2+52，
解得：r＝13，
即⊙O的半径为13m．
故答案为：13．
【变式3-3】（2021秋•潜山市期末）如图1所示，圆形拱门屏风是中国古代家庭中常见的装饰隔断，既美观又实用，彰显出中国元素的韵味．图2是一款拱门的示意图，其中拱门最下端AB＝18分米，C为AB中点，D为拱门最高点，圆心O在线段CD上，CD＝27分米，求拱门所在圆的半径．
【答案】15分米．
【解答】解：连接AO，
∵CD过圆心，C为AB的中点，
∴CD⊥AB，
∵AB＝18，C为AB的中点，
∴AC＝BC＝9，
设圆的半径为x分米，则OA＝OD＝x分米，
∵CD＝27，
∴OC＝27﹣x，
在Rt△OAC中，AC2+OC2＝OA2，
∴92+（27﹣x）2＝x2，
∴x＝15（分米），
答：拱门所在圆的半径是15分米．
【典例4】（2021秋•兴化市期中）在直径为1000毫米的圆柱形油罐内装进一些油．其横截面如图．油面宽AB＝600毫米．
（1）求油的最大深度；
（2）如果再注入一些油后，油面宽变为800毫米，此时油面上升了多少毫米？
【答案】(1)GF＝OG﹣OF＝100mm (2)100毫米或700毫米
【解答】解：（1）过O作OF⊥AB交AB于F，交圆O于G，连接OA，
∴AF＝AB＝300mm，
∵直径MN＝1000mm
∴OA＝500mm
由勾股定理得，OF＝＝＝400mm，
则GF＝OG﹣OF＝100mm；
（2）油面宽变为800毫米时，存在两种情况：
当油面CD在圆心O的下方时，连接OC，
∵OE⊥CD，
∴CE＝400mm，OE＝＝300mm，
则EF＝OG﹣OE﹣FG＝100mm，
同理，当CD在圆心O上方时，可得EF＝700．
答：此时油面上升了100毫米或700毫米．
【变式4】（2022•立山区一模）如图，有一座拱桥是圆弧形，它的跨度AB＝60米，拱高PD＝18米．
（1）求圆弧所在的圆的半径r的长；
（2）当洪水泛滥到跨度只有30米时，要采取紧急措施，若拱顶离水面只有4米，即PE＝4米时，是否要采取紧急措施？
【答案】(1) r＝34（米）(2)不需要
【解答】解：（1）连接OA，
由题意得：AD＝AB＝30（米），OD＝（r﹣18）米，
在Rt△ADO中，由勾股定理得：r2＝302+（r﹣18）2，
解得，r＝34（米）；
（2）连接OA′，
∵OE＝OP﹣PE＝30米，
∴在Rt△A′EO中，由勾股定理得：A′E2＝A′O2﹣OE2，即：A′E2＝342﹣302，
解得：A′E＝16（米）．
∴A′B′＝32（米）．
∵A′B′＝32＞30，
∴不需要采取紧急措施．