人教版九年级数学上册举一反三专题24.3垂径定理【十大题型】(原卷版+解析)

这是一份人教版九年级数学上册举一反三专题24.3垂径定理【十大题型】(原卷版+解析)，共49页。


TOC \ "1-3" \h \u
\l "_Tc29221" 【题型1 利用垂径定理求线段长度】 PAGEREF _Tc29221 \h 1
\l "_Tc19961" 【题型2 利用垂径定理求角度】 PAGEREF _Tc19961 \h 5
\l "_Tc16455" 【题型3 利用垂径定理求最值】 PAGEREF _Tc16455 \h 9
\l "_Tc24750" 【题型4 利用垂径定理求取值范围】 PAGEREF _Tc24750 \h 13
\l "_Tc16246" 【题型5 利用垂径定理求整点】 PAGEREF _Tc16246 \h 18
\l "_Tc12630" 【题型6 利用垂径定理求面积】 PAGEREF _Tc12630 \h 22
\l "_Tc1666" 【题型7 垂径定理在格点中的运用】 PAGEREF _Tc1666 \h 26
\l "_Tc17993" 【题型9 垂径定理与分类讨论中的综合运用】 PAGEREF _Tc17993 \h 33
\l "_Tc18944" 【题型10 垂径定理的应用】 PAGEREF _Tc18944 \h 37
【知识点1 垂径定理及其推论】
（1）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．
（2）垂径定理的推论
推论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．
推论2：弦的垂直平分线经过圆心，并且平分弦所对的两条弧．
推论3：平分弦所对一条弧的直径，垂直平分弦，并且平分弦所对的另一条弧．
【题型1 利用垂径定理求线段长度】
【例1】（2022•雨花区校级开学）如图，⊙O的半径OD⊥弦AB交AB于点C，连接AO并延长交⊙O于点E，连接EC．若AB＝8，EC＝213，则CD的长为（ ）
A．1B．3C．2D．4
【变式1-1】（2022•宁津县二模）如图，已知圆O的半径为10，AB⊥CD，垂足为P，且AB＝CD＝16，则OP的长为（ ）
A．6B．62C．8D．82
【变式1-2】（2022•建华区二模）如图，⊙O的直径AB与弦CD相交于点E，若AE＝5，EB＝1，∠AEC＝30°，则CD的长为（ ）
A．5B．23C．42D．22+3+1
【变式1-3】（2022春•徐汇区校级期中）如图，AB是⊙O的弦，D为半径OA的中点，过D作CD⊥OA交弦AB于点E，且CE＝CB，若BE＝2AE，CD＝5，那么⊙O的半径为 ．
【题型2 利用垂径定理求角度】
【例2】（2022•泰安模拟）如图，⊙O的半径OA，OB，且OA⊥OB，连接AB．现在⊙O上找一点C，使OA2+AB2＝BC2，则∠OAC的度数为（ ）
A．15°或75°B．20°或70°C．20°D．30°
【变式2-1】（2022秋•天心区期中）如图，已知⊙O半径OA＝4，点B为圆上的一点，点C为劣弧AB上的一动点，CD⊥OA，CE⊥OB，连接DE，要使DE取得最大值，则∠AOB等于（ ）
A．60°B．90°C．120°D．135°
【变式2-2】（2022秋•青田县期末）如图，在⊙O中，半径OC过弦AB的中点E，OC＝2，OE=2．
（1）求弦AB的长；
（2）求∠CAB的度数．
【变式2-3】（2022秋•开州区期末）如图，在⊙O中，弦BC与半径OA垂直于点D，连接AB、AC．点E为AC的中点，连接DE．
（1）若AB＝6，求DE的长；
（2）若∠BAC＝100°，求∠CDE的度数．
【题型3 利用垂径定理求最值】
【例3】（2022•威海模拟）⊙O中，点C为弦AB上一点，AB＝1，CD⊥OC交⊙O于点D，则线段CD的最大值是（ ）
A．12B．1C．32D．2
【变式3-1】（2022•河北模拟）如图所示，在⊙O中，AB为弦，OC⊥AB交AB于点D．且OD＝DC．P为⊙O上任意一点，连接PA，PB，若⊙O的半径为1，则 S△PAB的最大值为（ ）
A．1B．233C．334D．332
【变式3-2】（2022秋•龙凤区校级期末）如图，矩形ABCD中，AB＝20，AD＝15，P，Q分别是AB，AD边上的动点，PQ＝16，以PQ为直径的⊙O与BD交于点M，N，则MN的最大值为 ．
【变式3-3】（2022秋•延平区校级期末）在Rt△ABC中，∠C＝90°，BC＝3，AC＝4，D、E分别是AC、BC上的一点，且DE＝3，若以DE为直径的圆与斜边AB相交于M、N，则MN的最大值为（ ）
A．910B．65C．85D．125
【题型4 利用垂径定理求取值范围】
【例4】（2022•包河区校级二模）如图，在⊙O中，直径AB＝10，CD⊥AB于点E，CD＝8．点F是弧BC上动点，且与点B、C不重合，P是直径AB上的动点，设m＝PC+PF，则m的取值范围是（ ）
A．8＜m≤45B．45＜m≤10C．8＜m≤10D．6＜m＜10
【变式4-1】（2022•佛山）如图，⊙O的直径为10cm，弦AB＝8cm，P是弦AB上的一个动点，求OP的长度范围．
【变式4-2】（2022秋•盐都区校级月考）如图，点P是⊙O内一定点．
（1）过点P作弦AB，使点P是AB的中点（不写作法，保留作图痕迹）；
（2）若⊙O的半径为13，OP＝5，
①求过点P的弦的长度m范围；
②过点P的弦中，长度为整数的弦有 条．
【变式4-3】（2022秋•天河区校级期中）已知⊙O的半径为5，点O到弦AB的距离OH＝3，点P是圆上一动点，设过点P且与AB平行的直线为l，记直线AB到直线l的距离为d．
（1）求AB的长；
（2）如果点P只有两个时，求d的取值范围；
（3）如果点P有且只有三个时，求连接这三个点所得到的三角形的面积．
【题型5 利用垂径定理求整点】
【例5】（2022•山海关区一模）已知⊙O的直径CD＝10，CD与⊙O的弦AB垂直，垂足为M，且AM＝4.8，则直径CD上的点（包含端点）与A点的距离为整数的点有（ ）
A．1个B．3个C．6个D．7个
【变式5-1】（2022秋•新昌县期末）如图，AB是⊙O的弦，OC⊥AB于点C，连接OB，点P是半径OB上任意一点，连接AP，若OB＝5，OC＝3，则AP的长不可能是（ ）
A．6B．7C．8D．9
【变式5-2】（2022•桥西区校级模拟）如图，AB是⊙C的弦，直径MN⊥AB于点O，MN＝10，AB＝8，如图以O为原点建立坐标系．我们把横纵坐标都是整数的点叫做整数点，则线段OC长是 3 ，⊙C上的整数点有 个．
【变式5-3】（2022秋•肇东市期末）已知⊙O的半径为5，点O到弦AB的距离为3，则⊙O上到弦AB所在直线的距离为2的点有（ ）
A．4个B．3个C．2个D．1个
【题型6 利用垂径定理求面积】
【例6】（2022•武汉模拟）如图，在半径为1的⊙O中有三条弦，它们所对的圆心角分别为60°，90°，120°，那么以这三条弦长为边长的三角形的面积是（ ）
A．2B．1C．32D．22
【变式6-1】（2022秋•黄州区校级月考）如图，矩形MNGH的四个顶点都在⊙O上，顺次连接矩形各边的中点，得到菱形ABCD，若BD＝12，DF＝4，则菱形ABCD的面积为 ．
【变式6-2】（2022秋•西城区校级期中）如图，AB为⊙O直径，过点O作OD⊥BC于点E，交⊙O于点D，CD∥AB．
（1）求证：E为OD的中点；
（2）若CB＝6，求四边形CAOD的面积．
【变式6-3】（2022•新洲区模拟）如图，点A，C，D均在⊙O上，点B在⊙O内，且AB⊥BC于点B，BC⊥CD于点C，若AB＝4，BC＝8，CD＝2，则⊙O的面积为（ ）
A．125π4B．275π4C．125π9D．275π9
【题型7 垂径定理在格点中的运用】
【例7】（2022秋•襄都区校级期末）如图所示，一圆弧过方格的格点AB，试在方格中建立平面直角坐标系，使点A的坐标为（0，4），则该圆弧所在圆的圆心坐标是（ ）
A．（﹣1，2）B．（1，﹣1）C．（﹣1，1）D．（2，1）
【变式7-1】（2022春•海门市期中）如图所示，⊙P过B、C两点，写出⊙P上的格点坐标．
【变式7-2】（2022•商城县三模）如图所示的网格中，每个小正方形的边长均为1，点A、B、C均在小正方形的顶点上，点C同时也在AB上，若点P是BC的一个动点，则△ABP面积的最大值是 ．
【变式7-3】（2017秋•靖江市校级月考）如图，在单位长度为1的正方形网格中建立一直角坐标系，一条圆弧经过网格点A、B、C，请在网格图中进行下列操作（以下结果保留根号）：
（1）利用网格作出该圆弧所在圆的圆心D点的位置，并写出D点的坐标为 ；
（2）连接AD、CD，则⊙D的半径为 ，∠ADC的度数 ．
【题型8 垂径定理在坐标系中的运用】
【例8】（2022•博山区一模）如图，在平面直角坐标系中，半径为5的⊙E与y轴交于点A（0，﹣2），B（0，4），与x轴交于C，D，则点D的坐标为（ ）
A．(4−26，0)B．(−4+26，0)C．(−4+26，0)D．(4−26，0)
【变式8-1】（2022秋•西林县期末）如图，⊙P与y轴交于点M（0，﹣4），N（0，﹣10），圆心P的横坐标为﹣4．则⊙P的半径为（ ）
A．3B．4C．5D．6
【变式8-2】（2022•印江县三模）如图，直线l为y＝x，过点A1（1，0）作A1B1⊥x轴，与直线l交于点B1，以原点O为圆心，OB1长为半径画圆弧交x轴于点A2；再作A2B2⊥x轴，交直线l于点B2，以原点O为圆心，OB2长为半径画圆弧交x轴于点A3；…，按此作法进行下去，则点A2022的坐标为 ．
【变式8-3】（2015•宜春模拟）如图，半径为5的⊙P与y轴交于点M（0，﹣4），N（0，﹣10），函数y＝﹣2x+m图象过点P，则m＝ ．
【题型9 垂径定理与分类讨论中的综合运用】
【例9】（2022秋•化德县校级期末）⊙O的半径为10cm，弦AB∥CD，且AB＝12cm，CD＝16cm，则AB和CD的距离为（ ）
A．2cmB．14cmC．2cm或14cmD．10cm或20cm
【变式9-1】（2022•包河区二模）已知圆O的半径为5，弦AB＝8，D为弦AB上一点，且AD＝1，过点D作CD⊥AB，交圆O于C，则CD长为（ ）
A．1B．7C．8或1D．7或1
【变式9-2】（2022秋•方正县期末）如图，⊙O的弦AB与半径OC垂直，点D为垂足，OD＝DC，AB＝23，点E在⊙O上，∠EOA＝30°，则△EOC的面积为 ．
【变式9-3】（2022秋•淮南月考）如图，已知⊙O的半径为2．弦AB的长度为2，点C是⊙O上一动点，若△ABC为等腰三角形，则BC2的长为 ．
【题型10 垂径定理的应用】
【例10】（2022秋•武昌区校级期末）某地有一座圆弧形拱桥，它的跨度（弧所对的弦的长）24m，拱高（弧的中点到弦的距离）4米，则求拱桥的半径为（ ）
A．16mB．20mC．24mD．28m
【变式10-1】（2022•望城区模拟）《九章算术》是我国古代著名数学经典，其中对勾股定理的论述比西方早一千多年，其中有这样一个问题：“今有圆材埋在壁中，不知大小．以锯锯之，深一寸，锯道长一尺．问径几何？”其意为：今有一圆柱形木材，埋在墙壁中，不知其大小，用锯去锯该材料，锯口深1寸，锯道长1尺．如图，已知弦AB＝1尺，弓形高CD＝1寸，（注：1尺＝10寸）问这块圆柱形木材的直径是（ ）
A．13寸B．6.5寸C．26寸D．20寸
【变式10-2】（2022秋•西城区校级期中）京西某游乐园的摩天轮采用了国内首创的横梁结构，风格更加简约．如图，摩天轮直径88米，最高点A距离地面100米，匀速运行一圈的时间是18分钟．由于受到周边建筑物的影响，乘客与地面的距离超过34米时，可视为最佳观赏位置，在运行的一圈里最佳观赏时长为 分钟．
【变式10-3】（2022•浙江）如图，公园内有一个半径为20米的圆形草坪，A，B是圆上的点，O为圆心，∠AOB＝120°，从A到B只有路AB，一部分市民为走“捷径”，踩坏了花草，走出了一条小路AB．通过计算可知，这些市民其实仅仅少走了 步（假设1步为0.5米，结果保留整数）．（参考数据：3≈1.732，π取3.142）
专题24.3 垂径定理【十大题型】
【人教版】
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\l "_Tc29221" 【题型1 利用垂径定理求线段长度】 PAGEREF _Tc29221 \h 1
\l "_Tc19961" 【题型2 利用垂径定理求角度】 PAGEREF _Tc19961 \h 5
\l "_Tc16455" 【题型3 利用垂径定理求最值】 PAGEREF _Tc16455 \h 9
\l "_Tc24750" 【题型4 利用垂径定理求取值范围】 PAGEREF _Tc24750 \h 13
\l "_Tc16246" 【题型5 利用垂径定理求整点】 PAGEREF _Tc16246 \h 18
\l "_Tc12630" 【题型6 利用垂径定理求面积】 PAGEREF _Tc12630 \h 22
\l "_Tc1666" 【题型7 垂径定理在格点中的运用】 PAGEREF _Tc1666 \h 26
\l "_Tc17993" 【题型9 垂径定理与分类讨论中的综合运用】 PAGEREF _Tc17993 \h 33
\l "_Tc18944" 【题型10 垂径定理的应用】 PAGEREF _Tc18944 \h 37
【知识点1 垂径定理及其推论】
（1）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．
（2）垂径定理的推论
推论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．
推论2：弦的垂直平分线经过圆心，并且平分弦所对的两条弧．
推论3：平分弦所对一条弧的直径，垂直平分弦，并且平分弦所对的另一条弧．
【题型1 利用垂径定理求线段长度】
【例1】（2022•雨花区校级开学）如图，⊙O的半径OD⊥弦AB交AB于点C，连接AO并延长交⊙O于点E，连接EC．若AB＝8，EC＝213，则CD的长为（ ）
A．1B．3C．2D．4
【分析】由垂径定理得出AC＝BC＝4，连接BE，由∠CBE＝90°及CE长度求出BE＝6，在Rt△ABE中求出AE＝10，从而得出半径OA＝OD＝5，再在Rt△AOC中求出OC，从而得出答案．
【解答】解：∵OD⊥AB，AB＝8，
∴AC＝BC＝4，
如图，连接BE，
∵AE是⊙O的直径，
∴∠ABE＝90°，
∵CE＝213，
∴BE=CE2−BC2=(213)2−42=6，
则AE=AB2+BE2=82+62=10，
∴AO＝OD＝5，
在Rt△AOC中，OC=AO2−AC2=52−42=3，
则CD＝OD﹣OC＝2，
故选：C．
【变式1-1】（2022•宁津县二模）如图，已知圆O的半径为10，AB⊥CD，垂足为P，且AB＝CD＝16，则OP的长为（ ）
A．6B．62C．8D．82
【分析】根据题意作出合适的辅助线，然后根据垂径定理、勾股定理即可求得OP的长，本题得以解决．
【解答】解：作OE⊥AB交AB与点E，作OF⊥CD交CD于点F，如右图所示，
则AE＝BE，CF＝DF，∠OFP＝∠OEP＝90°，
又∵圆O的半径为10，AB⊥CD，垂足为P，且AB＝CD＝16，
∴∠FPE＝90°，OB＝10，BE＝8，
∴四边形OEPF是矩形，OE＝6，
同理可得，OF＝6，
∴EP＝6，
∴OP=62+62=62，
故选：B．
【变式1-2】（2022•建华区二模）如图，⊙O的直径AB与弦CD相交于点E，若AE＝5，EB＝1，∠AEC＝30°，则CD的长为（ ）
A．5B．23C．42D．22+3+1
【分析】因为∠AED＝30°，可过点O作OF⊥CD于F，构成直角三角形，先求得⊙O的半径为3，进而求得OE＝3﹣1＝2，根据30°角所对的直角边等于斜边的一半，得出OF=12OE＝1，再根据勾股定理求得DF的长，然后由垂径定理求出CD的长．
【解答】解：过点O作OF⊥CD于F，连接DO，
∵AE＝5，BE＝1，
∴AB＝6，
∴⊙O的半径为3，
∴OE＝3﹣1＝2．
∵∠AEC＝30°，
∴OF＝1，
∴CF＝22，
∴CD＝2CF＝42，
故选：C．
【变式1-3】（2022春•徐汇区校级期中）如图，AB是⊙O的弦，D为半径OA的中点，过D作CD⊥OA交弦AB于点E，且CE＝CB，若BE＝2AE，CD＝5，那么⊙O的半径为 23 ．
【分析】先证明△AFO和△BCE是等边三角形，设DE＝x，根据CD＝5列方程，求出x得到AD=3，从而得解．
【解答】解：如图，记DC与⊙O交于点F，连接AF、OF、OB，过点C作CT⊥AB于点T，连接OE，OT．
∵D为半径OA的中点，CD⊥OA，
∴FD垂直平分AO，
∴FA＝FO，
又∵OA＝OF，
∴△AOF是等边三角形，
∴∠OAF＝∠AOF＝∠AFO＝60°，
∵CE＝CB，CT⊥EB，
∴ET＝TB，
∵BE＝2AE，
∴AE＝ET＝BT，
∵AD＝OD，
∴DE∥OT，
∴∠AOT＝∠ADE＝90°，
∴OE＝AE＝ET，
∵OA＝OB，
∴∠OAE＝∠OBT，
∵AO＝BO，AE＝BT，
∴△AOE≌△BOT（SAS），
∴OE＝OT，
∴OE＝OT＝ET，
∴∠ETO＝60°，
∴∠OAB＝∠OBA＝30°，∠AED＝∠CEB＝60°，
∴△CEB是等边三角形，
∴CE＝CB＝BE，
设DE＝x，
∴AE＝2x，BE＝CE＝4x，
∴CD＝5x＝5，
∴x＝1，
∴AD=3，
∴AO＝23．
故答案为：23．
【题型2 利用垂径定理求角度】
【例2】（2022•泰安模拟）如图，⊙O的半径OA，OB，且OA⊥OB，连接AB．现在⊙O上找一点C，使OA2+AB2＝BC2，则∠OAC的度数为（ ）
A．15°或75°B．20°或70°C．20°D．30°
【分析】设圆的半径是r，作直径BD，作BC关于直径BD的对称线段BE，连接EC，BE，ED，AC，再由直角三角形的性质即可解答．
【解答】解：如图，设圆的半径是r，则AO＝r，BO＝r，作直径BD，作BC⊙O的弦BC，使∠DBC＝30°，作BC关于直径BD的对称线段BE，
连接EC，BE，ED，AC，
直角△BED中，可以得∠EBD＝30°，
∵线段BE与线段BC关于直线BD对称，
∴BC＝BE，
∴BD垂直平分线段CE，
∴DE=CD，
∴∠CBD＝30°而∠BCA=12∠AOB＝45°．
在△ABC中，∠OAC＝180°﹣∠ABO﹣∠CBD﹣∠ACB﹣∠BAO＝15°．
同理，当E为C时，∠OAC＝75°．
故∠OAC的度数为15°或75°．
故选：A．
【变式2-1】（2022秋•天心区期中）如图，已知⊙O半径OA＝4，点B为圆上的一点，点C为劣弧AB上的一动点，CD⊥OA，CE⊥OB，连接DE，要使DE取得最大值，则∠AOB等于（ ）
A．60°B．90°C．120°D．135°
【分析】如图，延长CD交⊙O 于P，延长CE交⊙O于T，连接PT．根据垂径定理以及三角形的中位线定理，可得DE=12PT，当PT是直径时，DE的长最大，再证明∠AOB＝90°，即可解决问题．
【解答】解：如图，延长CD交⊙O 于P，延长CE交⊙O于T，连接PT．
∵OA⊥PC，OB⊥CT，
∴CD＝DP，CE＝TE，
∴DE=12PT，
∴当PT是直径时，DE的长最大，
连接OC，
∵OP＝OC＝OT，OD⊥PC，OE⊥CT，
∴∠COD＝∠POA，∠COB＝∠BOT，
∴∠AOB＝∠COA+∠COB=12∠POT＝90°，
故选：B．
【变式2-2】（2022秋•青田县期末）如图，在⊙O中，半径OC过弦AB的中点E，OC＝2，OE=2．
（1）求弦AB的长；
（2）求∠CAB的度数．
【分析】（1）连接OB，先由垂径定理得OC⊥AB，AE＝BE，OB＝OC＝2，再由勾股定理求出BE=2，即可求解；
（2）先证△BOE是等腰直角三角形，得∠BOC＝45°，再由圆周角定理即可求解．
【解答】解：（1）连接OB，如图所示：
∵半径OC过弦AB的中点E，
∴OC⊥AB，AE＝BE，OB＝OC＝2，
∴BE=OB2−OE2=22−(2)2=2，
∴AB＝2BE＝22；
（2）由（1）得：BE＝OE，OC⊥AB，
∴△BOE是等腰直角三角形，
∴∠BOC＝45°，
∴∠CAB=12∠BOC＝22.5°．
【变式2-3】（2022秋•开州区期末）如图，在⊙O中，弦BC与半径OA垂直于点D，连接AB、AC．点E为AC的中点，连接DE．
（1）若AB＝6，求DE的长；
（2）若∠BAC＝100°，求∠CDE的度数．
【分析】（1）根据垂径定理得到AB=AC，则AC＝AB＝6，然后根据直角三角形斜边上的中线性质得到DE的长；
（2）利用等腰三角形的性质和三角形的内角和计算出∠C＝40°，然后利用ED＝EC得到∠CDE＝∠C＝40°．
【解答】解：（1）∵BC⊥OA，
∴AB=AC，∠ADC＝90°，
∴AC＝AB＝6，
∵点E为AC的中点，
∴DE=12AC＝3；
（2）∵AB＝AC，
∴∠B＝∠C，
∵∠BAC＝100°，
∴∠C=12（180°﹣100°）＝40°，
∵点E为AC的中点，
∴ED＝EC，
∴∠CDE＝∠C＝40°．
【题型3 利用垂径定理求最值】
【例3】（2022•威海模拟）⊙O中，点C为弦AB上一点，AB＝1，CD⊥OC交⊙O于点D，则线段CD的最大值是（ ）
A．12B．1C．32D．2
【分析】因为CD⊥OC交⊙O于点D，连接OD，△OCD是直角三角形，则CD=OD2−OC2，因为半径OD是定值，当OC取得最小值时线段CD取得最大值．
【解答】解：连接OD，
∵CD⊥OC交⊙O于点D，
∴△OCD是直角三角形，
根据勾股定理得CD=OD2−OC2，
∵半径OD是定值，
∴当OC⊥AB时，线段OC最小，此时D与B重合，CD=OB2−OC2，
∵OC⊥AB，
∴AC＝BC=12AB=12，
∴CD=OB2−OC2=BC=12．
故选：A．
【变式3-1】（2022•河北模拟）如图所示，在⊙O中，AB为弦，OC⊥AB交AB于点D．且OD＝DC．P为⊙O上任意一点，连接PA，PB，若⊙O的半径为1，则 S△PAB的最大值为（ ）
A．1B．233C．334D．332
【分析】连接OA，如图，利用垂径定理得到AD＝BD，AC=BC，再根据OD＝DC可得到OD=12OA=12，所以AD=32，由勾股定理，则AB=3．△PAB底AB不变，当高越大时面积越大，即P点到AB距离最大时，△APB的面积最大．则当点P为AB所在优弧的中点时，此时PD＝PO+OD＝1+12=32，△APB的面积最大，然后根据三角形的面积公式计算即可．
【解答】解：连接OA，如图，
∵OC⊥AB，
∴AD＝BD，
∵OD＝DC，
∴OD=12OA=12，
∴AD=OA2−OD2=32，AB＝2AD=3．
当点P为AB所对的优弧的中点时，△APB的面积最大，此时PD＝PO+OD＝1+12=32．
∴△APB的面积的最大值为=12AB⋅PD=12×3×32=334．
故选：C．
【变式3-2】（2022秋•龙凤区校级期末）如图，矩形ABCD中，AB＝20，AD＝15，P，Q分别是AB，AD边上的动点，PQ＝16，以PQ为直径的⊙O与BD交于点M，N，则MN的最大值为 83 ．
【分析】过A点作AH⊥BD于H，连接OM，如图，先利用勾股定理计算出BD＝25，则利用面积法可计算出AH＝36，再证明点O在AH上时，OH最短，此时HM有最大值，最大值为43，然后根据垂径定理可判断MN的最大值．
【解答】解：过A点作AH⊥BD于H，连接OM，如图：
∵四边形ABCD是矩形，
∴∠BAD＝90°，
在Rt△ABD中，BD=AB2+AD2=202+152=25，
∵12×AH×BD=12×AD×AB，
∴AH=20×1525=12，
∵⊙O的直径为16，
∴⊙O的半径为8，
∴点O在AH上时，OH最短，
∵HM=OM2−OH2，
∴此时HM有最大值，OH＝AH﹣OA＝4，
则最大值为82−42=43，
∵OH⊥MN，
∴MN＝2MH，
∴MN的最大值为2×43=83．
故答案为：83．
【变式3-3】（2022秋•延平区校级期末）在Rt△ABC中，∠C＝90°，BC＝3，AC＝4，D、E分别是AC、BC上的一点，且DE＝3，若以DE为直径的圆与斜边AB相交于M、N，则MN的最大值为（ ）
A．910B．65C．85D．125
【分析】由题意可知，C、O、G三点在一条直线上OG最小，MN最大，再由勾股定理求得AB，然后由三角形面积求得CF，最后由垂径定理和勾股定理即可求得MN的最大值．
【解答】解：过O作OG⊥AB于G，连接OC、OM，
∵DE＝3，∠ACB＝90°，OD＝OE，
∴OC=12DE=32，
只有C、O、G三点在一条直线上OG最小，
∵OM=32，
∴只有OG最小，GM才能最大，从而MN有最大值，
过C作CF⊥AB于F，
∴G和F重合时，MN有最大值，
∵∠ACB＝90°，BC＝3，AC＝4，
∴AB=BC2+AC2=32+42=5，
∵12AC•BC=12AB•CF，
∴CF=AC×BCAB=4×35=125，
∴OG＝CF﹣OC=125−32=910，
∴MG=OM2−OG2=(32)2−(910)2=65，
∴MN＝2MG=125，
故选：D．
【题型4 利用垂径定理求取值范围】
【例4】（2022•包河区校级二模）如图，在⊙O中，直径AB＝10，CD⊥AB于点E，CD＝8．点F是弧BC上动点，且与点B、C不重合，P是直径AB上的动点，设m＝PC+PF，则m的取值范围是（ ）
A．8＜m≤45B．45＜m≤10C．8＜m≤10D．6＜m＜10
【分析】连接PD，DF，OC，BD，利用垂径定理可得AB是CD的垂直平分线，则PC＝PD；利用三角形的任意两边之和大于第三边，可得不等式PD+PF≥DF（当D，P，F在一条直线上时取等号），结合图形即可得出结论．
【解答】解：连接PD，DF，OC，BD，如图，
∵CD⊥AB，BA为⊙O的直径，
∴CE＝ED=12CD＝4，
∵OC=12AB＝5，
∴OE=OC2−CE2=3，
∴BE＝OE+OB＝8．
∴BD=BE2+DE2=45．
∵P是直径AB上的动点，CD⊥AB，
∴AB是CD的垂直平分线，
∴PC＝PD．
∵m＝PC+PF，
∴m＝PD+PF，
由图形可知：PD+PF≥DF（当D，P，F在一条直线上时取等号），
∵点F是弧BC上动点，且与点B、C不重合，
∴DC＜DF≤直径，
∴8＜m≤10．
故选：C．
【变式4-1】（2022•佛山）如图，⊙O的直径为10cm，弦AB＝8cm，P是弦AB上的一个动点，求OP的长度范围．
【分析】过点O作OE⊥AB于点E，连接OB，由垂径定理可知AE＝BE=12AB，再根据勾股定理求出OE的长，由此可得出结论．
【解答】解：过点O作OE⊥AB于点E，连接OB，
∵AB＝8cm，
∴AE＝BE=12AB=12×8＝4cm，
∵⊙O的直径为10cm，
∴OB=12×10＝5cm，
∴OE=OB2−BE2=52−42=3cm，
∵垂线段最短，半径最长，
∴3cm≤OP≤5cm．
【变式4-2】（2022秋•盐都区校级月考）如图，点P是⊙O内一定点．
（1）过点P作弦AB，使点P是AB的中点（不写作法，保留作图痕迹）；
（2）若⊙O的半径为13，OP＝5，
①求过点P的弦的长度m范围；
②过点P的弦中，长度为整数的弦有 4 条．
【分析】（1）连接OP并延长，过点P作AB⊥OP即可；
（2）①过点P的所有弦中，直径最长为26，与OP垂直的弦最短，由垂径定理和勾股定理求出AB＝24，即可得出答案；
②过P点最长的弦为直径26，最短的弦24，长度为25的弦有2条，即可得出结论．
【解答】解：（1）如图1，连接OP并延长，过点P作AB⊥OP，
则弦AB即为所求；
（2）①过点P的所有弦中，直径最长为26，与OP垂直的弦最短，
连接OA，如图2所示：
∵OP⊥AB，
∴AP＝BP=OA2−OP2=132−52=12，
∴AB＝2AP＝24，
∴过点P的弦的长度m范围为24≤m≤26；
②∵过P点最长的弦为直径26，最短的弦24，
∴长度为25的弦有两条，
∴过点P的弦中，长度为整数的弦共有4条，
故答案为：4．
【变式4-3】（2022秋•天河区校级期中）已知⊙O的半径为5，点O到弦AB的距离OH＝3，点P是圆上一动点，设过点P且与AB平行的直线为l，记直线AB到直线l的距离为d．
（1）求AB的长；
（2）如果点P只有两个时，求d的取值范围；
（3）如果点P有且只有三个时，求连接这三个点所得到的三角形的面积．
【分析】（1）连接OA，根据勾股定理求出AH，根据垂径定理得出即可；
（2）求出HC和HD的值，结合图形得出即可；
（3）先找出符合条件时的位置，求出三角形的高和底边，根据三角形的面积公式求出即可．
【解答】解：（1）
连接OA，如图1，
∵点O到弦AB的距离OH＝3，
∴AB⊥OC，
∴∠OHA＝90°，AB＝2AH，
在Rt△AHO中，OA＝5，OH＝3，由勾股定理得：AH＝4，
∴AB＝2AH＝8；
（2）
延长CO交⊙O于D，如图2，
∵CH＝5﹣3＝2，HD＝5+3＝8，
∴点P只有两个时d的取值范围是2＜d＜8；
（3）
如图3，∵CH＝5﹣3＝2，HD＝5+3＝8，
∴点P有且只有三个时，d＝2，
如图，P在C、E、F处，连接OE，
∵OC⊥AB，AB∥EF，
∴OC⊥EF，
∴EF＝2EM，
∵OE＝5，OM＝5﹣2﹣2＝1，CM＝2+2＝4，
∴由勾股定理得：EM=52−12=26；
∴EF＝2EM＝46，
∴S△CEF=12×EF×CM=12×46×4＝86
即点P有且只有三个时，连接这三个点所得到的三角形的面积是86．
【题型5 利用垂径定理求整点】
【例5】（2022•山海关区一模）已知⊙O的直径CD＝10，CD与⊙O的弦AB垂直，垂足为M，且AM＝4.8，则直径CD上的点（包含端点）与A点的距离为整数的点有（ ）
A．1个B．3个C．6个D．7个
【分析】利用勾股定理得出线段AD和AC的长，根据垂线段的性质结合图形判断即可．
【解答】解：∵CD是直径，
∴OC＝OD=12CD=12×10＝5，
∵AB⊥CD，
∴∠AMC＝∠AMD＝90°，
∵AM＝4.8，
∴OM=52−4．82=1.4，
∴CM＝5+1.4＝6.4，MD＝5﹣1.4＝3.6，
∴AC=4．82+6．42=8，AD=4．82+3．62=6，
∵AM＝4.8，
∴A点到线段MD的最小距离为4.8，最大距离为6，则A点到线段MD的整数距离有5，6，
A点到线段MC的最小距离为4.8，最大距离为8，则A点到线段MC的整数距离有5，6，7，8，
直径CD上的点（包含端点）与A点的距离为整数的点有6个，
故选：C．
【变式5-1】（2022秋•新昌县期末）如图，AB是⊙O的弦，OC⊥AB于点C，连接OB，点P是半径OB上任意一点，连接AP，若OB＝5，OC＝3，则AP的长不可能是（ ）
A．6B．7C．8D．9
【分析】首先利用勾股定理得出AC的长，求出AB长，再利用三角形边之间的关系进而得出AO≤AP≤AB，即可得出答案．
【解答】解：连接OA，
∵OC⊥AB于点C，OB＝5，OC＝3，
∴BC=52−32=4，
∴AB＝2×4＝8，
∵AO≤AP≤AB，
∴5≤AP≤8，
∴AP的长度不可能是：9（答案不唯一）．
故选：D．
【变式5-2】（2022•桥西区校级模拟）如图，AB是⊙C的弦，直径MN⊥AB于点O，MN＝10，AB＝8，如图以O为原点建立坐标系．我们把横纵坐标都是整数的点叫做整数点，则线段OC长是 3 ，⊙C上的整数点有 12 个．
【分析】过C作直径UL∥x轴，连接AC，根据垂径定理求出AO＝BO＝4，根据勾股定理求出OC，再得出答案即可．
【解答】解：过C作直径UL∥x轴，
连接CA，则AC=12×10＝5，
∵MN过圆心C，MN⊥AB，AB＝8，
∴AO＝BO＝4，∠AOC＝90°，
由勾股定理得：CO=AC2−OC2=52−42=3，
∴ON＝5﹣3＝2，OM＝5+3＝8，
即A（﹣4，0），B（4，0），M（0，8），N（0，﹣2），
同理还有弦QR＝AB＝8，弦WE＝TS＝6，且WE、TS、QR都平行于x轴，
Q（﹣4，6），R（4，6），W（﹣3，7），E（3，7），T（﹣3，﹣1），S（3，﹣1），U（﹣5，3），L（5，3），
即共12个点，
故答案为：3；12．
【变式5-3】（2022秋•肇东市期末）已知⊙O的半径为5，点O到弦AB的距离为3，则⊙O上到弦AB所在直线的距离为2的点有（ ）
A．4个B．3个C．2个D．1个
【分析】过O点作OC⊥AB，交⊙O于P，由OC＝3，OA＝5，得到PC＝2，即点P到直线AB的距离为2；在直线的另一边，圆上的点到直线的最远距离为8，而圆为对称图形，则还有两个点M，N到直线AB的距离为3．
【解答】解：过O点作OC⊥AB，交⊙O于P，如图，
∴OC＝3，
而OA＝5，
∴PC＝2，即点P到直线AB的距离为2；
在直线的另一边，圆上的点到直线的最远距离为8，而圆为对称图形，
∴在直线AB的这边，还有两个点M，N到直线AB的距离为2．
故选：B．
【题型6 利用垂径定理求面积】
【例6】（2022•武汉模拟）如图，在半径为1的⊙O中有三条弦，它们所对的圆心角分别为60°，90°，120°，那么以这三条弦长为边长的三角形的面积是（ ）
A．2B．1C．32D．22
【分析】连接OA、OB、OC、OD、OE、OF，则△AOB、△COD分别为等边三角形，等腰直角三角形，进而可得到AB、CD长；再过点O作OH⊥EF于点H，根据垂径定理可得EF＝2EH，∠EOH＝∠FOH＝60°，根据锐角三角形函数可求出FH，进而可得EF；再根据AB2+CD2＝EF2可判断以AB、CD、EF为边的三角形为直角三角形，即可求出其面积．
【解答】解：如图，连接OA、OB、OC、OD、OE、OF，则∠AOB＝60°，∠COD＝90°，∠EOF＝120°，
在Rt△COD中，CD=12+12=2．
∵OA＝OB，
∴△AOB是等边三角形，
∴AB＝OA＝1，
过点O作OH⊥EF于点H，则EF＝2EH，∠EOH＝∠FOH＝60°，
∴FH＝1×32=32．
∴EF＝2FH=3．
∵12+(2)2=(3)2，即AB2+CD2＝EF2，
∴以AB、CD、EF为边的三角形为直角三角形，
∴其面积为：12×2×1=22．
故选：D．
【变式6-1】（2022秋•黄州区校级月考）如图，矩形MNGH的四个顶点都在⊙O上，顺次连接矩形各边的中点，得到菱形ABCD，若BD＝12，DF＝4，则菱形ABCD的面积为 96 ．
【分析】先连接OH，根据BD＝12得出OD长，那么可得到圆的半径为OD+DF，利用三角形全等可得菱形边长等于圆的半径，再根据勾股定理求出OA的长，由S菱形ABCD＝4S△AOD即可得出结论．
【解答】解：如图：连接OH，
∵BD＝12，DF＝4
∴⊙O的半径r＝OD+DF=12BD+DF=12×12+4＝10，
∴OH＝10
在Rt△HOD与Rt△ADO中，OD＝OD，AO＝HD，∠AOD＝∠HDO＝90°
∴△AOD≌△GDO，
∴OH＝AD＝10，
在Rt△AOD中，
∵AD＝10，OD＝6，
∴OA=AD2−OD2=102−62=8，
∴S菱形ABCD＝4S△AOD＝4×12×6×8＝96．
故答案为：96．
【变式6-2】（2022秋•西城区校级期中）如图，AB为⊙O直径，过点O作OD⊥BC于点E，交⊙O于点D，CD∥AB．
（1）求证：E为OD的中点；
（2）若CB＝6，求四边形CAOD的面积．
【分析】（1）根据全等三角形的判定和性质以及垂径定理证明即可；
（2）根据平行四边形的判定和勾股定理解答即可．
【解答】证明：（1）在⊙O中，OD⊥BC于E，
∴CE＝BE，
∵CD∥AB，
∴∠DCE＝∠B，
在△DCE与△OBE中∠DCE=∠BCE=BE∠CED=∠BEO，
∴△DCE≌△OBE（ASA），
∴DE＝OE，
∴E是OD的中点；
（2）连接OC，
∵AB是⊙O的直径，
∴∠ACB＝90°，
∵OD⊥BC，
∴∠CED＝90°＝∠ACB，
∴AC∥OD，
∵CD∥AB，
∴四边形CAOD是平行四边形，
∵E是OD的中点，CE⊥OD，
∴OC＝CD，
∵OC＝OD，
∴OC＝OD＝CD，
∴△OCD是等边三角形，
∴∠D＝60°，
∴∠DCE＝90°﹣∠D＝30°，
∴在Rt△CDE中，CD＝2DE，
∵BC＝6，
∴CE＝BE＝3，
∵CE2+DE2＝CD2＝4DE2，
∴DE=3，CD＝23，
∴OD＝CD＝23，
∴四边形CAOD的面积＝OD•CE＝63．
【变式6-3】（2022•新洲区模拟）如图，点A，C，D均在⊙O上，点B在⊙O内，且AB⊥BC于点B，BC⊥CD于点C，若AB＝4，BC＝8，CD＝2，则⊙O的面积为（ ）
A．125π4B．275π4C．125π9D．275π9
【分析】利用垂径定理和勾股定理建立方程求出ON，再求出半径后，根据圆面积的计算方法进行计算即可．
【解答】解：如图，连接OA、OC，过点O作OM⊥CD于M，MO的延长线于AB延长线交于N，则四边形BCMN是矩形，
∵OM⊥CD，CD是弦，
∴CM＝DM=12CD＝1＝BN，
∴AN＝AB+BN＝4+1＝5，
设ON＝x，则OM＝8﹣x，
在Rt△AON、Rt△COM中，由勾股定理得，
OA2＝AN2+ON2，OC2＝OM2+CM2，
∵OA＝OC，
∴AN2+ON2＝OM2+CM2，
即52+x2＝（8﹣x）2+12，
解得x=52，
即ON=52，
∴OA2＝52+（52）2=1254，
∴S⊙O＝π×OA2=1254π，
故选：A．
【题型7 垂径定理在格点中的运用】
【例7】（2022秋•襄都区校级期末）如图所示，一圆弧过方格的格点AB，试在方格中建立平面直角坐标系，使点A的坐标为（0，4），则该圆弧所在圆的圆心坐标是（ ）
A．（﹣1，2）B．（1，﹣1）C．（﹣1，1）D．（2，1）
【分析】连接AC，作出AB、AC的垂直平分线，其交点即为圆心．
【解答】解：如图所示，
连接AC，作出AB、AC的垂直平分线，其交点即为圆心．
∵点A的坐标为（0，4），
∴该圆弧所在圆的圆心坐标是（﹣1，1）．
故选：C．
【变式7-1】（2022春•海门市期中）如图所示，⊙P过B、C两点，写出⊙P上的格点坐标．
【分析】根据同圆的半径相等可得点P的坐标．
【解答】解：由图形可知：⊙P上的格点坐标为（4，2）．
【变式7-2】（2022•商城县三模）如图所示的网格中，每个小正方形的边长均为1，点A、B、C均在小正方形的顶点上，点C同时也在AB上，若点P是BC的一个动点，则△ABP面积的最大值是 85−8 ．
【分析】作AB的垂直平分线交AB于D，交AB于E，圆心为0，则点O在DE上，连接AE、BE，CF⊥OE于F，如图，设⊙O的半径为r，OD＝x，利用勾股定理得到r2＝x2+42①，r2＝（x+2）2+22②，则利用②﹣①可求出得x＝2，所以r＝25，DE＝25−2，然后根据三角形面积公式，点P点与点E重合时，△ABP面积的最大值．
【解答】解：作AB的垂直平分线交AB于D，交AB于E，圆心为0，则点O在DE上，连接AE、BE，CF⊥OE于F，如图，
设⊙O的半径为r，OD＝x，
在Rt△BOD中，r2＝x2+42①，
在Rt△OCF中，r2＝（x+2）2+22②，
②﹣①得4+4x+4﹣16＝0，
解得x＝2，
∴OD＝2，
∴r=22+42=25，
∴DE＝OE﹣OD＝25−2，
∵点P是BC的一个动点，
∴点P点与点E重合时，△ABP面积的最大值，最大值为12×8×（25−2）＝85−8．
故答案为：85−8．
【变式7-3】（2017秋•靖江市校级月考）如图，在单位长度为1的正方形网格中建立一直角坐标系，一条圆弧经过网格点A、B、C，请在网格图中进行下列操作（以下结果保留根号）：
（1）利用网格作出该圆弧所在圆的圆心D点的位置，并写出D点的坐标为 （2，1） ；
（2）连接AD、CD，则⊙D的半径为 13 ，∠ADC的度数为 90° ．
【分析】（1）利用网格特点，作AB和BC的垂直平分线，然后根据垂径的推论可判定它们的交点为D点，从而得到D点坐标；
（2）先利用勾股定理计算出DA、DC、AC，然后利用勾股定理的逆定理证明∠ADC的度数为90°．
【解答】解：（1）如图，点D为所作，
D点坐标为（2，1）；
（2）AD=22+32=13，CD=22+32=13，AC=12+52=26，
∵DA2+DC2＝AC2，
∴△ADC为直角三角形，∠ADC＝90°，
即⊙D的半径为13，∠ADC的度数为90°．
故答案为（2，1）；13，90°．
【题型8 垂径定理在坐标系中的运用】
【例8】（2022•博山区一模）如图，在平面直角坐标系中，半径为5的⊙E与y轴交于点A（0，﹣2），B（0，4），与x轴交于C，D，则点D的坐标为（ ）
A．(4−26，0)B．(−4+26，0)C．(−4+26，0)D．(4−26，0)
【分析】过O点作EH⊥AB于H，EF⊥CD于F，连接ED，如图，根据垂径定理得到CF＝DF，AH＝BH＝3，所以OH＝1，再利用勾股定理计算出EH＝4，则EF＝1，OF＝4，接着利用勾股定理计算出FD，然后计算出OD，从而得到D点坐标．
【解答】解：过O点作EH⊥AB于H，EF⊥CD于F，连接ED，如图，则CF＝DF，AH＝BH
∵A（0，﹣2），B（0，4），
∴AB＝6，
∴BH＝3，
∴OH＝1，
在Rt△BHE中，EH=EB2−BH2=52−32=4，
∵四边形EHOF为矩形，
∴EF＝OH＝1，OF＝EH＝4，
在Rt△OEF中，FD=DE2−EF2=52−12=26，
∴OD＝FD﹣OF＝26−4，
∴D（26−4，0）．
故选：B．
【变式8-1】（2022秋•西林县期末）如图，⊙P与y轴交于点M（0，﹣4），N（0，﹣10），圆心P的横坐标为﹣4．则⊙P的半径为（ ）
A．3B．4C．5D．6
【分析】过点P作PD⊥MN，连接PM，由垂径定理得DM＝3，在Rt△PMD中，由勾股定理可求得PM为5即可．
【解答】解：过点P作PD⊥MN，连接PM，如图所示：
∵⊙P与y轴交于M（0，﹣4），N（0，﹣10）两点，
∴OM＝4，ON＝10，
∴MN＝6，
∵PD⊥MN，
∴DM＝DN=12MN＝3，
∴OD＝7，
∵点P的横坐标为﹣4，即PD＝4，
∴PM=PD2+DM2=42+32=5，
即⊙P的半径为5，
故选：C．
【变式8-2】（2022•印江县三模）如图，直线l为y＝x，过点A1（1，0）作A1B1⊥x轴，与直线l交于点B1，以原点O为圆心，OB1长为半径画圆弧交x轴于点A2；再作A2B2⊥x轴，交直线l于点B2，以原点O为圆心，OB2长为半径画圆弧交x轴于点A3；…，按此作法进行下去，则点A2022的坐标为 （（2）2021，0） ．
【分析】利用直线y＝x平分第一、三象限，则B1（1，1），由于OA2＝OB1=2OA1=2，OA3＝OB2=2OA2＝（2）2，依此变化规律得到OA2022＝（2）2021，从而得到点A2022的坐标．
【解答】解：∵A1（1，0）作A1B1⊥x轴，与直线y＝x交于点B1，
∴OA1＝1，B1（1，1），
∵以原点O为圆心，OB1长为半径画圆弧交x轴于点A2，
∴OA2＝OB1=2OA1=2，
∵以原点O为圆心，OB2长为半径画圆弧交x轴于点A3，
∴OA3＝OB2=2OA2=2×2=（2）2，
同理可得OA4＝（2）3，
•••
∴OA2022＝（2）2021，
∴点A2022的坐标为（（2）2021，0）．
故答案为：（（2）2021，0）．
【变式8-3】（2015•宜春模拟）如图，半径为5的⊙P与y轴交于点M（0，﹣4），N（0，﹣10），函数y＝﹣2x+m图象过点P，则m＝ ﹣15 ．
【分析】过P点作PE⊥ON交y轴于点E，连接PM，由点M（0，﹣4），N（0，﹣10）得MN＝6，所以ME＝NE＝3，得E（0，﹣7），由勾股定理得PE＝4，故P（﹣4，﹣7），代入y＝﹣2x+m得m．
【解答】解：过P点作PE⊥ON交y轴于点E，连接PM，
∵点M（0，﹣4），N（0，﹣10），
∴MN＝6，
∴ME＝NE＝3，
∴E（0，﹣7），
∵PM＝5，
∴PE=52−32=4，
∵点P在第三象限，
∴P（﹣4，﹣7），代入y＝﹣2x+m得，m＝﹣15，
故答案为：﹣15．
【题型9 垂径定理与分类讨论中的综合运用】
【例9】（2022秋•化德县校级期末）⊙O的半径为10cm，弦AB∥CD，且AB＝12cm，CD＝16cm，则AB和CD的距离为（ ）
A．2cmB．14cmC．2cm或14cmD．10cm或20cm
【分析】分两种情况考虑：当圆心位于AB与CD之间时，连接OA，OC，如图1所示，过O作EF⊥AB，由AB∥CD，得到EF⊥CD，利用垂径定理得到E、F分别为AB、CD的中点，分别求出OE与OF，由OE+OF即可得到EF的长；当圆心在AB与CD一侧时，连接OA，OC，如图2所示，过O作EF⊥AB，由AB∥CD，得到EF⊥CD，同理求出OE与OF，由OE﹣OF即可求出EF的长．
【解答】解：当圆心位于AB与CD之间时，连接OA，OC，如图1所示，
过O作EF⊥AB，由AB∥CD，得到EF⊥CD，
∴E、F分别为AB、CD的中点，
∴AE＝6cm，CF＝8cm，
在Rt△AOE中，OA＝10cm，AE＝6cm，
根据勾股定理得：OE＝8cm，
在Rt△COF中，OC＝10cm，CF＝8cm，
根据勾股定理得到OF＝6cm，
此时AB和CD的距离EF＝8+6＝14cm；
当圆心在AB与CD一侧时，连接OA，OC，如图2所示，
过O作EF⊥AB，由AB∥CD，得到EF⊥CD，
同理求出OE＝8cm，OF＝6cm，
此时AB和CD的距离EF＝8﹣6＝2cm，
综上，AB和CD的距离为2cm或14cm．
故选：C．
【变式9-1】（2022•包河区二模）已知圆O的半径为5，弦AB＝8，D为弦AB上一点，且AD＝1，过点D作CD⊥AB，交圆O于C，则CD长为（ ）
A．1B．7C．8或1D．7或1
【分析】连接OB，OC1，过O作OE⊥CD，OF⊥AB，则四边形EDFO是矩形，根据矩形的性质得到OE＝DF，OF＝DE，根据勾股定理得到BF=52−42=3，得到OE＝DF＝3，由勾股定理得到C1E=52−32=4，于是得到结论．
【解答】解：如图，
连接OB，OC1，过O作OE⊥CD，OF⊥AB，
则四边形EDFO是矩形，
∴OE＝DF，OF＝DE，
∵圆O的半径为5，弦AB＝8，
∴AF＝BF＝4，
∴BF=52−42=3，
∵AD＝1，∴DF＝3，
∴OE＝DF＝3，
∴C1E=52−32=4，
∴C2E＝4，
∴C1D＝7，C2D＝1，
∴CD长为7或1，
故选：D．
【变式9-2】（2022秋•方正县期末）如图，⊙O的弦AB与半径OC垂直，点D为垂足，OD＝DC，AB＝23，点E在⊙O上，∠EOA＝30°，则△EOC的面积为 1或2 ．
【分析】设⊙O的半径为x（x＞0），则OD＝DC=12x，根据垂径定理可知AD=3，在Rt△ADO中利用勾股定理即可求出x值，再分点E在AC外和点E在AC上两种情况考虑△EOC的面积，当点E在AC外时，通过角的计算可得出∠COE＝90°，利用三角形的面积公式即可求出S△EOC的值；当点E在AC上时，过点E作EF⊥OC于点F，通过角的计算可得出∠COE＝30°，由此可得出EF的长度，利用三角形的面积公式即可求出S△EOC的值．综上即可得出结论．
【解答】解：依照题意画出图形，连接OA．
设⊙O的半径为x（x＞0），则OD＝DC=12x．
∵OC⊥AB于点D，
∴∠ADO＝90°，AD＝DB=12AB=3．
在Rt△ADO中，AO＝x，OD=12x，AD=3，
∴∠OAD＝30°，∠AOD＝60°，AD=AO2−OD2=32x=3，
解得：x＝2．
当点E在AC外时，∠COE＝∠AOD+∠EOA＝90°，
∴S△EOC=12EO•OC＝2；
当点E在AC上时，过点E作EF⊥OC于点F，
∵∠COE＝∠AOD﹣∠EOA＝30°，
∴EF=12OE＝1，
∴S△EOC=12OC•EF＝1．
综上可知：△EOC的面积为1或2．
故答案为：1或2．
【变式9-3】（2022秋•淮南月考）如图，已知⊙O的半径为2．弦AB的长度为2，点C是⊙O上一动点，若△ABC为等腰三角形，则BC2的长为 8±43或12或4 ．
【分析】当△ABC为等腰三角形时，分两种情况：①如图1，AC＝BC，在AB的两侧各有一个符合条件的点C，根据勾股定理可得结论；②如图2，当AB＝AC时，连接OC3，AO，AO交BC3于E，则BE＝C3E，根据直角三角形30度的性质和勾股定理，垂径定理可得结论．
【解答】解：当△ABC为等腰三角形时，分以下两种情况：
①如图1，以AB为底边时，AC＝BC，连接C1C2，AO，则C1C2过圆心O，
∴C1C2⊥AB，
∴AD=12AB＝1，
∵OA＝2，
∴OD=22−12=3，
∴C1D＝2+3，C2D＝2−3，
∴BC12=(2+3)2+12=8+43，BC22=(2−3)2+12=8﹣43；
②如图2，以AB为腰时，AB＝AC3＝BC4＝2，连接OC3，AO，AO交BC3于E，则BE＝C3E，BC42＝4，
∵OC3＝AO＝AC3＝2，
∴△AC3O是等边三角形，
∴∠EOC3＝60°，
∴∠OC3E＝30°，
∴C3E=3，
∴BC3＝23，
∴BC32＝（23）2＝12，
综上，BC2＝8±43或12或4．
故答案为：8±43或12或4．
【题型10 垂径定理的应用】
【例10】（2022秋•武昌区校级期末）某地有一座圆弧形拱桥，它的跨度（弧所对的弦的长）24m，拱高（弧的中点到弦的距离）4米，则求拱桥的半径为（ ）
A．16mB．20mC．24mD．28m
【分析】设圆弧形拱桥的圆心为O，跨度为AB，拱高为CD，连接OA、OD，设拱桥的半径为R米，由垂径定理得AD=12AB＝12（米），再由勾股定理得出方程，解方程即可．
【解答】解：设圆弧形拱桥的圆心为O，跨度为AB，拱高为CD，连接OA、OD，如图：
设拱桥的半径为R米，
由题意得：OD⊥AB，CD＝4米，AB＝24米，
则AD＝BD=12AB＝12（米），OD＝（R﹣4）米，
在Rt△AOD中，由勾股定理得：R2＝122+（R﹣4）2，
解得：R＝20，
即桥拱的半径R为20m，
故选：B．
【变式10-1】（2022•望城区模拟）《九章算术》是我国古代著名数学经典，其中对勾股定理的论述比西方早一千多年，其中有这样一个问题：“今有圆材埋在壁中，不知大小．以锯锯之，深一寸，锯道长一尺．问径几何？”其意为：今有一圆柱形木材，埋在墙壁中，不知其大小，用锯去锯该材料，锯口深1寸，锯道长1尺．如图，已知弦AB＝1尺，弓形高CD＝1寸，（注：1尺＝10寸）问这块圆柱形木材的直径是（ ）
A．13寸B．6.5寸C．26寸D．20寸
【分析】设⊙O的半径为r寸．在Rt△ADO中，AD＝5，OD＝r﹣1，OA＝r，则有r2＝52+（r﹣1）2，解方程即可；
【解答】解：设⊙O的半径为r寸．
在Rt△ADO中，AD＝5，OD＝r﹣1，OA＝r，
则有r2＝52+（r﹣1）2，
解得r＝13，
∴⊙O的直径为26寸，
故选：C．
【变式10-2】（2022秋•西城区校级期中）京西某游乐园的摩天轮采用了国内首创的横梁结构，风格更加简约．如图，摩天轮直径88米，最高点A距离地面100米，匀速运行一圈的时间是18分钟．由于受到周边建筑物的影响，乘客与地面的距离超过34米时，可视为最佳观赏位置，在运行的一圈里最佳观赏时长为 12 分钟．
【分析】先求摩天轮转动的角速度为＝20°/分，再求出OC＝OD﹣CD＝22（米），则OC=12OB，得∠OBC＝30°，然后求出最佳观赏位置的圆心角为240°，即可求解．
【解答】解：如图所示：
摩天轮转动的角速度为：360°÷18分＝20°/分，
由题意得：AD⊥BC，AD＝88米，AM＝100米，CM＝BN＝34米，
则OB＝OD＝44（米），DM＝AM﹣AD＝12（米），
∴CD＝CM﹣DM＝34﹣12＝22（米），
∴OC＝OD﹣CD＝22（米），
∴OC=12OB，
∵∠OCB＝90°，
∴∠OBC＝30°，
∴∠BOC＝90°﹣30°＝60°，
∴∠AOB＝180°﹣∠BOC＝120°，
∴最佳观赏位置的圆心角为2×120°＝240°，
∴在运行的一圈里最佳观赏时长为：240°÷20°/分＝12（分钟），
故答案为：12．
【变式10-3】（2022•浙江）如图，公园内有一个半径为20米的圆形草坪，A，B是圆上的点，O为圆心，∠AOB＝120°，从A到B只有路AB，一部分市民为走“捷径”，踩坏了花草，走出了一条小路AB．通过计算可知，这些市民其实仅仅少走了 15 步（假设1步为0.5米，结果保留整数）．（参考数据：3≈1.732，π取3.142）
【分析】作OC⊥AB于C，如图，根据垂径定理得到AC＝BC，再利用等腰三角形的性质和三角形内角和计算出∠A＝30°，则OC＝10，AC＝103，所以AB≈69（步），然后利用弧长公式计算出AB的长，最后求它们的差即可．
【解答】解：作OC⊥AB于C，如图，
则AC＝BC，
∵OA＝OB，
∴∠A＝∠B=12（180°﹣∠AOB）=12（180°﹣120°）＝30°，
在Rt△AOC中，OC=12OA＝10，AC=3OC＝103，
∴AB＝2AC＝203≈69（步）；
而AB的长=120⋅π⋅20180≈84（步），
AB的长与AB的长多15步．
所以这些市民其实仅仅少走了 15步．
故答案为15．