2024年中考数学压轴题型(浙江专用)压轴题04 圆的综合压轴题(含解析)
展开01 圆中长度、角度的综合
1.(2023•温州)图1是4×4方格绘成的七巧板图案,每个小方格的边长为,现将它剪拼成一个“房子”造型(如图2),过左侧的三个端点作圆,并在圆内右侧部分留出矩形CDEF作为题字区域(点A,E,D,B在圆上,点C,F在AB上),形成一幅装饰画,则圆的半径为 5 .若点A,N,M在同一直线上,AB∥PN,DE=EF,则题字区域的面积为 .
【分析】根据不共线三点确定一个圆,根据对称性得出圆心的位置,进而垂径定理、勾股定理求得r,连接 OE,取ED的中点T,连接OT,在Rt△OET中,根据勾股定理即可求解.
【解答】解:如图所示,依题意,GH=2=GQ,
∵过左侧的三个端点Q,K,L作圆,QH=HL=4,
又NK⊥QL,
∴O在KN上,连接OQ,则OQ为半径,
∵OH=r﹣KH=r﹣2,
在Rt△OHQ中,OH2+QH2=QO2,
∴(r﹣2)2+42=r2,
解得:r=5;
连接OE,取ED的中点T,连接OT,交AB于点S,连接PB,AM,过点O作OU⊥AM于点U.连接OA.
由△OUN∽△NPM,可得==,
∴OU=.MN=2,
∴NU=,
∴AU==,
∴AN=AU﹣NU=2,
∴AN=MN,
∵AB∥PN,
∴AB⊥OT,
∴AS=SB,
∴NS∥BM,
∴NS∥MP,
∴M,P,B共线,
又NB=NA,
∴∠ABM=90°,
∵MN=NB,NP⊥MP,
∴MP=PB=2,
∴NS=MB=2,
∵KH+HN=2+4=6,
∴ON=6﹣5=1,
∴OS=3,
∵,
设EF=ST=a,则 ,
在Rt△OET中,OE2=OT2+TE2,即 ,
整理得 5a2+12a﹣32=0,
即(a+4)(5a﹣8)=0,
解得: 或a=﹣4,
∴题字区域的面积为 .
故答案为:.
2.(2023•杭州)如图,在⊙O中,直径AB垂直弦CD于点E,连接AC,AD,BC,作CF⊥AD于点F,交线段OB于点G(不与点O,B重合),连接OF.
(1)若BE=1,求GE的长.
(2)求证:BC2=BG•BO.
(3)若FO=FG,猜想∠CAD的度数,并证明你的结论.
【分析】(1)由垂径定理可得∠AED=90°,结合CF⊥AD可得∠DAE=∠FCD,根据圆周角定理可得∠DAE=∠BCD,进而可得∠BCD=∠FCD,通过证明△BCE≌△GCE,可得GE=BE=1;
(2)证明△ACB∽△CEB,根据对应边成比例可得BC2=BA•BE,再根据AB=2BO,BE=BG,可证BC2=BG•BO;
(3)方法一:设∠DAE=∠CAE=α,∠FOG=∠FGO=β,可证a=90°﹣β,∠OCF=90﹣3α,通过SAS证明△COF≌△AOF,进而可得∠OCF=∠OAF,即90°﹣3a=a,则∠CAD=2a=45°.方法二:延长FO交AC于点H,连接OC,证明△AFC是等腰直角三角形,即可解决问题.
【解答】(1)解:直径AB垂直弦CD,
∴∠AED=90°,
∴∠DAE+∠D=90°,
∵CF⊥AD,
∴∠FCD+∠D=90°,
∴∠DAE=∠FCD,
由圆周角定理得∠DAE=∠BCD,
∴∠BCD=∠FCD,
在△BCE和△GCE中,
,
∴△BCE≌△GCE(ASA),
∴GE=BE=1;
(2)证明:∵AB是⊙O的直径,
∴∠ACB=90°,
∴∠ACB=∠CEB=90°,
∵∠ABC=∠CBE,
∴△ACB∽△CEB,
∴=,
∴BC2=BA•BE,
由(1)知GE=BE,
∴BE=BG,
∵AB=2BO,
∴BC2=BA•BE=2BO•BG=BG•BO;
(3)解:∠CAD=45°,证明如下:
解法一:如图,连接OC,
∵FO=FG,
∴∠FOG=∠FGO,
∵直径AB垂直弦CD,
∴CE=DE,∠AED=∠AEC=90°,
∵AE=AE,
∴△ACE≌△ADE(SAS),
∴∠DAE=∠CAE,
设∠DAE=∠CAE=α,∠FOG=∠FGO=β,
则∠FCD=∠BCD=∠DAE=α,
∵OA=OC,
∴∠OCA=∠OAC=α,
∵∠ACB=90°,
∴∠OCF=∠ACB﹣∠OCA﹣∠FCD﹣∠BCD=90°﹣3α,
∵∠CGE=∠OGF=β,∠GCE=α,∠CGE+∠GCE=90°,
∴β+α=90°,
∴α=90°﹣β,
∵∠COG=∠OAC+∠OCA=α+α=2α,
∴∠COF=∠COG+∠GOF=2α+β=2(90°﹣β)+β=180°﹣β,
∴∠COF=∠AOF,
在△COF和△AOF中,
,
∴△COF≌△AOF(SAS),
∴∠OCF=∠OAF,
即90°﹣3α=α,
∴α=22.5°,
∴∠CAD=2a=45°.
解法二:
如图,延长FO交AC于点H,连接OC,
∵FO=FG,
∴∠FOG=∠FGO,
∴∠FOG=∠FGO=∠CGB=∠B,
∴BC∥FH,
∵AB是⊙O的直径,
∴∠ACB=90°,
∴∠ACB=∠AHO=90°,
∵OA=OC,
∴AH=CH,
∴AF=CF,
∵CF⊥AD,
∴△AFC是等腰直角三角形,
∴∠CAD=45°.
02 圆与切线的综合
1.(2023•宁波)如图,在Rt△ABC中,∠C=90°,E为AB边上一点,以AE为直径的半圆O与BC相切于点D,连结AD,BE=3,BD=3.P是AB边上的动点,当△ADP为等腰三角形时,AP的长为 6或2 .
【分析】连接OD,DE,根据切线的性质和勾股定理求出OD=6,然后分三种情况讨论:①当AP=PD时,此时P与O重合,②如图2,当AP′=AD时,③如图3,当DP′′=AD时,分别进行求解即可.
【解答】解:如图1,连接OD,DE,
∵半圆O与BC相切于点D,
∴OD⊥BC,
在Rt△OBD中,OB=OE+BE=OD+3,BD=3.
∴OB2=BD2+OD2,
∴(OD+3)2=(3)2+OD2,
解得OD=6,
∴AO=EO=OD=6,
①当AP=PD时,此时P与O重合,
∴AP=AO=6;
②如图2,当AP′=AD时,
在Rt△ABC中,
∵∠C=90°,
∴AC⊥BC,
∴OD∥AC,
∴△BOD∽△BAC,
∴==,
∴==,
∴AC=10,CD=2,
∴AD===2,
∴AP′=AD=2;
③如图3,当DP′′=AD时,
∵AD=2,
∴DP′′=AD=2,
∵OD=OA,
∴∠ODA=∠BAD,
∴OD∥AC,
∴∠ODA=∠CAD,
∴∠BAD=∠CAD,
∴AD平分∠BAC,
过点D作DH⊥AE于点H,
∴AH=P″H,DH=DC=2,
∵AD=AD,
∴Rt△ADH≌Rt△ADC(HL),
∴AH=AC=10,
∴AH=AC=P″H=10,
∴AP″=2AH=20(P为AB边上一点,不符合题意,舍去),
综上所述:当△ADP为等腰三角形时,AP的长为6或2.
故答案为:6或2.
2.(2023•台州)我们可以通过中心投影的方法建立圆上的点与直线上点的对应关系,用直线上点的位置刻画圆上点的位置.如图,AB是⊙O的直径,直线l是⊙O的切线,B为切点.P,Q是圆上两点(不与点A重合,且在直径AB的同侧),分别作射线AP,AQ交直线l于点C,点D.
(1)如图1,当AB=6,弧BP长为π时,求BC的长;
(2)如图2,当,时,求的值;
(3)如图3,当,BC=CD时,连接BP,PQ,直接写出的值.
【分析】(1)连接OP,设∠BOP的度数为n,可得=π,n=60,即∠BOP=60°,故∠BAP=30°,而直线l是⊙O的切线,有∠ABC=90°,从而BC==2;
(2)连接BQ,过点C作CF⊥AD于点F,求出cs∠BAQ==,由=,得∠BAC=∠DAC,有CF=BC,证明∠FCD=∠BAQ,即得=,故=;
(3)连接BQ,证明△APQ∽△ADC,得=①,证明△APB∽△ABC,得 ②,由BC=CD,将①②两式相除得:=,故=.
【解答】解:(1)如图,连接OP,
设∠BOP的度数为n°,
∵AB=6,长为π,
∴=π,
∴n=60,即∠BOP=60°,
∴∠BAP=30°,
∵直线l是⊙O的切线,
∴∠ABC=90°,
∴BC=tan30°•AB=2;
(2)如图,连接BQ,过点C作CF⊥AD于点F,
∵AB为⊙O直径,
∴∠BQA=90°,
∴cs∠BAQ==,
∵=,
∴∠BAC=∠DAC,
∵CF⊥AD,AB⊥BC,
∴CF=BC,
∵∠BAQ+∠ADB=90°,∠FCD+∠ADB=90°,
∴∠FCD=∠BAQ,
∴cs∠FCD=cs∠BAQ=,
∴=,
∴=;
(3)如图,连接BQ,
∵AB⊥BC,BQ⊥AD,
∴∠ABQ=90°﹣∠QBD=∠ADC,
∵∠ABQ=∠APQ,
∴∠APQ=∠ADC,
∵∠PAQ=∠DAC,
∴△APQ∽△ADC,
∴=①,
∵∠ABC=90°=∠APB,∠BAC=∠PAB,
∴△APB∽△ABC,
∴②,
由BC=CD,将①②两式相除得:
=,
∵cs∠BAQ==,
∴=.
03 圆与最值问题
1.(2023•浙江)一副三角板ABC和DEF中,∠C=∠D=90°,∠B=30°,∠E=45°,BC=EF=12.将
它们叠合在一起,边BC与EF重合,CD与AB相交于点G(如图1),此时线段CG的长是 6﹣6 .现将△DEF绕点C(F)按顺时针方向旋转(如图2),边EF与AB相交于点H,连结DH,在旋转0°到60°的过程中,线段DH扫过的面积是 18+12π﹣18 .
【分析】如图1,过点G作GK⊥BC于K,则∠CKG=∠BKG=90°,由等腰直角三角形性质可得CK=GK=CG,进而得出BK=BC﹣CK=12﹣CG,利用解直角三角形可得BK=GK,建立方程求解即可得出答案;如图2,以C为圆心,CD为半径作圆,当△CDE绕点C旋转60°时,CE′交AB于H′,连接DD′,过点D作DM⊥AB于M,过点C作CN⊥DD′于N,则∠BCE′=∠DCD′=60°,点D的运动轨迹为,点H的运动轨迹为线段BH′,因此在旋转0°到60°的过程中,线段DH扫过的面积为S△BDD′+S扇形CDD′﹣S△CDD′,再利用等腰直角三角形性质、相似三角形的判定和性质、扇形面积公式即可求得答案.
【解答】解:如图1,过点G作GK⊥BC于K,则∠CKG=∠BKG=90°,
∵∠BCD=45°,
∴△CGK是等腰直角三角形,
∴CK=GK=CG,
∵BC=12,
∴BK=BC﹣CK=12﹣CG,
在Rt△BGK中,∠GBK=30°,
∴=tan∠GBK=tan30°=,
∴BK=GK,
即12﹣CG=×CG,
∴CG=6﹣6;
如图2,以C为圆心,CD为半径作圆,当△CDE绕点C旋转60°时,CE′交AB于H′,连接DD′,过点D作DM⊥AB于M,过点C作CN⊥DD′于N,
则∠BCE′=∠DCD′=60°,点D的运动轨迹为,点H的运动轨迹为线段BH′,
∴在旋转0°到60°的过程中,线段DH扫过的面积为S△BDD′+S扇形CDD′﹣S△CDD′,
∵CD=BC•csCBD=12cs45°=6,
∴DG=CD﹣CG=6﹣(6﹣6)=12﹣6,
∵∠BCD+∠ABC=60°+30°=90°,
∴∠BH′C=90°,
在Rt△BCH′中,CH′=BC•sin30°=12×=6,BH′=BC•cs30°=12×=6,
∵△CD′E′是等腰直角三角形,∠CD′E′=90°,D′H′⊥CE′,
∴D′H′=CE′=6,
∴BD′=6+6,
∵DM⊥AB,
∴∠DMG=90°,
∴∠DMG=∠CH′G,
∵∠DGM=∠CGH′,
∴△DGM∽△CGH′,
∴=,即=,
∴DM=3﹣3,
∵CD′=CD=6,∠DCD′=60°,
∴△CDD′是等边三角形,
∴∠CDD′=60°,
∵CN⊥DD′,
∴CN=CD•sin∠CDD′=6sin60°=3,
∴S△BDD′+S扇形CDD′﹣S△CDD′=×(6+6)×(3﹣3)+﹣×6×3=18+12π﹣18;
故答案为:6﹣6;18+12π﹣18.
2.(2023秋•清江浦区期中)如图,矩形ABCD的边AB=8,AD=6,M为BC的中点,P是矩形内部一动点,且满足∠ADP=∠PAB,N为边CD上的一个动点,连接PN,MN,则PN+MN的最小值为 7 .
【分析】先找出点P的运动路线为以AD为直径的圆,设圆心为O,作点M关于直线DC的对称点M′,连接OM′交⊙O于点P′,可推出M′P′的长即为PN+MN的最小值,再求出M′P′的长即可.
【解答】解:∵四边形ABCD是矩形,
∴∠BAD=90°,
∵∠ADP=∠PAB,
∴∠ADP+∠PAD=∠PAB+∠PAD=∠BAD=90°,
∴点P的运动路线为以AD为直径的圆,
作以AD为直径的⊙O,作点M关于直线DC的对称点M′,连接OM′交⊙O于点P′,连接M′N,OP,
则OP=OP′=3,M′N=MN,
∴PN+MN=PN+M′N=PN+M′N+OP﹣OP′≥OM′﹣OP′=OM′﹣3,
∴PN+MN的最小值为OM′﹣3;
连接OM,
∵四边形ABCD是矩形,点O是AD的中点,点M为BC的中点,
∴OD=AD=BC=CM=3,OD∥CM,∠ODC=90°,
∴四边形OMCD是矩形,
∴OM=DC=AB=8,
∵点M关于直线DC的对称点M′,
∴M′M=2MC=6,
在Rt△M′OM中,
由勾股定理,得OM′=,
∴PN+MN的最小值为OM′﹣3=10﹣3=7,
故答案为:7.
3.(2023秋•广汉市校级月考)如图,△ABC中,∠ACB=90°,∠B=30°,AC=3,E是AC的中点,M、N分别是边AB、BC上的动点,D也是BC边上的一个动点,以CD为直径作⊙O,连接ED交⊙O于F,连接FM,MN,则FM+MN的最小值为 .
【分析】连接CF,由CD是⊙O直径得出CF⊥DE,进而得出点F的轨迹,再作BC关于BA的对称射线,利用垂线段最短即可解决问题.
【解答】解:连接CF,
∵CD是⊙O直径,
∴∠CFD=90°,
又∵点E为AC中点,且AC=3,
∴EC=,
则点F在以CE为直径的圆上,
令圆心为H,
作射线BC关于BA的对称射线BC′,过点H作BC′的垂线,垂足为N′,与⊙H交于点F′,交AB于M′,
根据“垂线段最短”可知,此时F′M′+M′N′即为FM+MN的最小值.
延长N′H交BC的延长线于点G,
∵∠CBC′=2×30°=60°,
∴∠G=30°,
又∵CH=,且∠ACB=90°,
∴GH=,GC=.
∵AC=3,∠ABC=30°,
∴BC=,
则BG=,
又∵∠G=30°,
∴BN′=,
则GN′=,
∴F′M′+M′N′=GN′﹣GH﹣HF′=,
即FM+MN的最小值为.
故答案为:.
04 圆的综合应用
1.(2023•宁波)如图1,锐角△ABC内接于⊙O,D为BC的中点,连结AD并延长交⊙O于点E,连结BE,CE,过C作AC的垂线交AE于点F,点G在AD上,连结BG,CG,若BC平分∠EBG且∠BCG=∠AFC.
(1)求∠BGC的度数.
(2)①求证:AF=BC.
②若AG=DF,求tan∠GBC的值.
(3)如图2,当点O恰好在BG上且OG=1时,求AC的长.
【分析】(1)根据同弧圆周角相等得∠EBC=∠EAC,然后利用直角三角形两个锐角互余即可解决问题;
(2)①证明△ACF≌△BGC(ASA),即可解决问题;
②过点C作CH⊥EG于点H,设AG=DF=2x,根据勾股定理和锐角三角函数即可解决问题;
(3)过点O作OM⊥BE于点M,连结OC交AE于点N,分别证明△EBD≌△NCD(ASA),△COG≌△OBM(AAS),得BM=OG=1,设OB=OC=r,然后由△GON∽△GBE,对应边成比例,求出r的值,进而可求AC的长.
【解答】(1)解:∵BC平分∠EBG,
∴∠EBC=∠CBG,
∵∠EBC=∠EAC,
∴∠CBG=∠EAC,
∵AC⊥FC,
∴∠AFC+∠EAC=90°,
∵∠BCG=∠AFC,
∴∠BCG+∠CBG=90°,
∴∠BGC=90°;
(2)①证明:∵∠BGC=90°,D为BC中点,
∴GD=CD,
∴∠DGC=∠DCG,
∵∠BCG=∠AFC,
∴∠DGC=∠AFC,
∴CF=CG,
∵∠ACF=∠BGC=90°,
∴△ACF≌△BGC(ASA),
∴AF=BC;
②解:如图1,过点C作CH⊥EG于点H,
设AG=DF=2x,
∵△ACF≌△BGC,
∴AF=BC=2DG,
∴CD=DG=AG+DF=4x,
∵CF=CG,
∴HG=HF=3x,
∴DH=x,AH=5x,
∴CH===x,
∴tan∠GBC=tan∠CAF==,
∴tan∠GBC的值为;
(3)解:如图2,过点O作OM⊥BE于点M,连结OC交AE于点N,
∵OB=OC,
∴∠CBE=∠OBC=∠OCB,
∴OC∥BE,
∵BD=CD,∠BDE=∠CDN,
∴△EBD≌△NCD(ASA),
∴BE=CN,
∵OC∥BE,
∴∠GOC=∠MBO,
∵∠CGO=∠OMB=90°,OC=OB,
∴△COG≌△OBM(AAS),
∴BM=OG=1,
∵OM⊥BE,
∴CN=BE=2BM=2,
设OB=OC=r,
∵OC∥BE,
∴△GON∽△GBE,
∴=,
∴=,
解得r=或r=(舍去),
由(2)知:△ACF≌△BGC,
∴AC=BG=BO+OG=r+1=.
∴AC的长为.
2.(2023•浙江)已知,AB是半径为1的⊙O的弦,⊙O的另一条弦CD满足CD=AB,且CD⊥AB于点H(其中点H在圆内,且AH>BH,CH>DH).
(1)在图1中用尺规作出弦CD与点H(不写作法,保留作图痕迹);
(2)连结AD,猜想:当弦AB的长度发生变化时,线段AD的长度是否变化?若发生变化,说明理由;若不变,求出AD的长度;
(3)如图2,延长AH至点F,使得HF=AH,连结CF,∠HCF的平分线CP交AD的延长线于点P,点M为AP的中点,连结HM.若PD=AD,求证:MH⊥CP.
【分析】(1)以A,B为圆心,大于AB长为半径画弧,交点为G,连接OG,与⊙O交点为E,F,与AB交点为M,则OG⊥AB,分别以E,F为圆心,大于EF长为半径画弧,交点为N,连接ON,则ON∥AB,以O为圆心,OM长为半径画弧与ON交点为P,则OP=OM,以P为圆心,OP长为半径,交直线ON于Q,以O,Q为圆心,大于OQ长为半径画弧,交点为R,连接PR,则PR⊥AB,PR与⊙O交点为C,D,与AB交点为H,即CD、点H即为所求;
(2)如图2,连结AD,连接DO并延长交⊙O于E,连结AE,AC,过O作OF⊥AB于F,ON⊥CD于N,证明四边形OFHN是正方形,则可证△ACH是等腰直角三角形,则∠C=45°,由,可知∠E=∠C=45°,由DE是⊙O的直径,可得∠EAD=90°,则△ADE是等腰直角三角形,AD=DE•sin∠E=;
(3)如图3,延长CD、FP,交点为G,由题意知MH是△APF的中位线,则MH∥PF,MH=PF,由PD=AD,可得MD=PD,证明△MDH∽△PDG,则=,即GP=2MH=PF,如图3,作△CFG的外接圆,延长CP交外接圆于点N,连结GN、FN,由CP是∠HCF的平分线,可得∠GCP=∠FCP,则GN=NF,证明△GPN≌△FPN(SSS),则∠GPN=∠FPN=90°,即PF⊥CP,由MH∥PF,可得MH⊥CP,进而结论得证.
【解答】(1)解:如图1,CD、点H即为所求;
(2)当弦AB的长度发生变化时,线段AD的长度不变;
如图,连结AD,连接DO并延长交⊙O于E,连结AE,AC,过O作OF⊥AB于F,ON⊥CD于N,则四边形OFHN是矩形,
∵AB=CD,AB⊥CD,
∴OF=ON,
∴四边形OFHN是正方形,
∴FH=NH,
∴AF+FH=CN+NH,即AH=CH,
∴△ACH是等腰直角三角形,
∴∠C=45°,
∵,
∴∠E=∠C=45°,
∵DE是⊙O的直径,
∴∠EAD=90°,
∴∠ADE=45°,
∴△ADE是等腰直角三角形,
∴AE=AD,
∴AD=DE•sin∠E=,
∴线段AD是定长,长度不发生变化,值为;
(3)证明:如图3,延长CD、FP,交点为G,
∵HF=AH,
∴点H为AF的中点,
又∵点M为AP的中点,
∴MH是△APF的中位线,
∴MH∥PF,MH=PF,
又∵PD=AD,PM=AM,
∴MD=PD,
∵MH∥GP,
∴∠MHD=∠PGD,
又∵∠MDH=∠PDG,
∴△MDH∽△PDG,
∴,
即GP=2MH=PF,
如图3,作△CFG的外接圆,延长CP交外接圆于点N,连结GN、FN,
∵CP是∠HCF的平分线,
∴∠GCP=∠FCP,
∴GN=NF,
∵GP=PF,GN=NF,PN=PN,
∴△GPN≌△FPN(SSS),
∴∠GPN=∠FPN=90°,
∴PF⊥CP,
∵MH∥PF,
∴MH⊥CP.
证法二:过点P作PG⊥HF于G点,
由PG∥DH,
∴HG:AH=PD:AD=1:2,
∵AH=HF,
∴HG:HF=1:2,即G是HF中点,
∴PH=PF,
∵CP平分∠DCF,过点P作PK⊥CH于点K,PE⊥CF于点E,
∴∠KPE=135°,PK=PE,
∴△PHK≌△PFE(HL),∴∠HPF=135°,∠PFG=22.5,
在△CPF中,由内角和推得∠CPF=90°,
∴MH⊥CP.
3.(2023•丽水)如图,在⊙O中,AB是一条不过圆心O的弦,点C,D是的三等分点,直径CE交AB于点F,连结AD交CF于点G,连结AC,过点C的切线交BA的延长线于点H.
(1)求证:AD∥HC;
(2)若=2,求tan∠FAG的值;
(3)连结BC交AD于点N,若⊙O的半径为5.
下面三个问题,依次按照易、中、难排列.请根据自己的认知水平,选择其中一道问题进行解答.
①若OF=,求BC的长;
②若AH=,求△ANB的周长;
③若HF•AB=88,求△BHC的面积.
【分析】(1)根据题意可得,再由HC是⊙O的切线,即可求证.
(2)先证明△CAG≌△FAG(ASA),设出CG,根据勾股定理即可求解.
(3)①根据题意,求出AG的长,再由即可求解.
②根据题意可求得,再由勾股定理及相似三角形的性质即可求解.
③作出辅助线,设出CG,利用勾股定理及相似三角形的性质可得方程10x+x(5﹣2x)=22,进而可求得S△CHA=8,再证明△CHA∽△BHC,即可解答.
【解答】(1)证明:∵点C,D是的三等分点,
∴.
由CE是⊙O的直径可得CE⊥AD,
∵HC是⊙O的切线,
∴HC⊥CE,
∴AD∥HC.
(2)解:如图1,连接AO,
∵,
∴∠BAD=∠CAD,
∵CE⊥AD,
∴∠AGC=∠AGF=90°,
∴△CAG≌△FAG(ASA),
∴CG=FG,
设CG=a,则FG=a,
∵,
∴OG=2a,AO=CO=3a.
在Rt△AOG中,AO2=AG2+OG2,
∴(3a)2=AG2+(2a)2,
∴,
∴.
答:tan∠FAG的值为.
(3)解:①如图1,∵,
∴,
∴,
∴,
∴,
∵CE⊥AD,
∴AD=2AG=,
∵,
∴,
∴.
答:BC的长为.
②如图2,连接CD,
∵AD∥HC,FG=CG,
∴AH=AF,
∵∠HCF=90°,
∴,
设CG=x,则FG=x,OG=5﹣x,
由勾股定理得AG2=AO2﹣OG2=AC2﹣CG2,
即25﹣(5﹣x)2=10﹣x2,
解得x=1,
∴AG=3,AD=6,
∵,
∴∠DAC=∠BCD,
∵∠CDN=∠ADC,
∴△CDN∽△ADC,
∴,
∴,
∵∠BAD=∠DAC,∠ABN=∠ADC,
∴△ANB∽△ACD,
∴=.
答:△ANB的周长为.
③如图3,过点O作OM⊥AB于点M,则,
设CG=x,则FG=x,OG=5﹣x,OF=5﹣2x,
由勾股定理得AG2=AO2﹣OG2=25﹣(5﹣x)2,
AF2=AG2+FG2=10x﹣x2+x2=10x,
∵AD∥HC,FG=CG,
∴,
∴,
∴,
∵∠AGF=∠OMF=90°,∠AFG=∠OFM,
∴△AFG∽△OFM,
∴,
∴AF•FM=OF•GF,
∴AF•AM=AF•(AF+FM)=AF2+AF•FM=AF2+OF•GF=22,
可得方程10x+x(5﹣2x)=22,
解得x1=2,x2=5.5(舍去),
∴CG=FG=2,
∴OG=3,
∴AG=4,
∴,
∴S△CHA=8,
∵AD∥HC,
∴∠CAD=∠ACH,
∵,
∴∠B=∠CAD,
∴∠B=∠ACH,
∵∠H=∠H,
∴△CHA∽△BHC,
∴.
答:△BHC的面积为.
1.如图,点P在⊙O的直径AB上,作正方形PCDE和正方形PFGH,其中点D,G在直径所在直线上,点C,E,F,H都在⊙O上,若两个正方形的面积之和为16,OP=,则DG的长是( )
A.6B.2C.7D.4
【分析】设正方形PFGH的边长是x,由条件得到x2+(x+2)2=16,从而求出正方形PFGH的边长,得到正方形PCDE的边长,进一步求出PD,PG的长,即可求出DG的长.
【解答】解:作OK⊥PC于K,设正方形PFGH的边长是x,
∵四边形PCDE是正方形,
∴∠CPD=45°,
∵∠OKP=90°,
∴△KOP是等腰直角三角形,
∴PK=OP=1,
∴CK=FK=x+1,
∴PC=CK+PK=x+2,
∵两个正方形的面积之和为16,
∴x2+(x+2)2=16,
∴x=﹣1或x=﹣﹣1(舍),
∴PC=x+2=+1,PH=x=﹣1,
∴PD=PC=+,PG=PH=﹣,
∴DG=PD+PG=2.
故选:B.
2.如图,已知以BC为直径的⊙O,A为弧BC中点,P为弧AC上任意一点,AD⊥AP交BP于D,连CD.若BC=6,则CD的最小值为 ﹣3 .
【分析】以AB为斜边作等腰直角三角形ABO′,连接DO′、CO′,易得△ABC为等腰直角三角形,AB=AC=,由圆周角定理可得∠APD=∠ACB=45°,进而可得∠ADP=45°,∠ADB=135°,于是可知点D在点O′为圆心,AO′为半径的上运动,根据等腰直角三角形的性质得O′B==3,由勾股定理求得CO′=,利用三角形三边关系可知CD≥CO′﹣O′D,因此当C、D、O′三点共线时,CD取的最小值,最小值为CO′﹣O′D,代入计算即可求解.
【解答】解:如图,以AB为斜边作等腰直角三角形ABO′,连接DO′、CO′,
则∠O′BC=∠O′BA+∠ABC=45°+45°=90°,
∵以BC为直径的⊙O,A为弧BC中点,
∴AB=AC,∠BAC=90°,
∴△ABC为等腰直角三角形,
∴∠ABC=∠ACB=45°,AB=AC===,
∵,
∴∠APD=∠ACB=45°,
∵AD⊥AP,
∴∠DAP=90°,
∴∠ADP=45°,∠ADB=135°,
∴点D在点O′为圆心,AO′为半径的上运动,
在等腰直角△ABO′中,O′B===3,
在Rt△BO′C中,CO′===,
∴O′D=O′B=3,
∵CD≥CO′﹣O′D
∴当C、D、O′三点共线时,CD取的最小值,最小值为CO′﹣O′D=﹣3.
故答案为:﹣3.
3.如图①是小明制作的一副弓箭,A,D分别是弓臂与弓弦BC的中点,弓弦BC=0.6m,沿AD方向拉弓的过程中,假设弓臂始终保持圆弧形,弓弦长度不变.如图②,当弓箭从自然状态的点D拉到点D1时,有AD1=0.3m,∠B1D1C1=120°.
(1)图②中,弓臂两端B1,C1之间的距离是 m;
(2)如图③,将弓箭继续拉到点D2,使弓臂为半圆,则D1D2的值为 m .
【分析】(1)连接B1C1,交AD1于点Q,根据垂径定理可得,∠B1D1A=∠C1D1A=∠B1D1C1=60°,B1C1⊥AD1,再根据B1Q=B1D1•sin60°,即可进行解答;
(2)连接B2C2交AD2于点P,先求出的长度,再求出所在圆的半径,根据勾股定理求出PD2的长度,最后根据线段之间的和差关系.
【解答】解:(1)连接B1C1,交AD1于点Q,如图②,
AD1=0.3m,
∵点A是弓臂BAC的中点,点D1是∠BAC所在圆的圆心,
∴∠B1D1A=∠C1D1A==60°,B1C1⊥AD1,AD1=B1D1=0.3m,
在Rt△B1D1Q中,B1Q=B1D1•sin60°=×=(cm),
∴B1C1=2B1Q=.
故答案为:;
(2)连接B2C2交AD2于点P,如图③,
由(1)可得:==0.2π(m),
设所在圆的半径为r,
∴,
解得:r=0.2,
∴AP=B2P=r=0.2m,
∵BC=0.6m,
∴B2D2=BC=0.3m,
在Rt△B2PD2中,根据勾股定理可得:PD2==,
∴D1D2=AD2﹣AD1=(AP+PD2)﹣AD1==(m).
4.如图1,在△ABC中,∠ACB=90°,BC=2AC=2,过BC上一点D作DE⊥BC,交AB于点E,以点D为圆心,DE的长为半径作半圆,交AC,AB于点F,G,交直线BC于点H,I(点I在H左侧).当点D与点C重合时(如图2),GH= ;当EF=GH时,CD= .
【分析】过点G作GM⊥CB交BC于点M,连接CG,利用相似可以得到△GMB中MG=MB,可设GM=x,则可表示出BM、CM,根据圆的性质可得AC=CG,即在Rt△CGM中可利用勾股定理列方程求解,再求出MH,最后利用勾股定理即可求出GH;过点G作GN⊥CB交BC于点N,连接DG、DF,根据EF=GH可证△FED≌△DGH,再可证Rt△FCD≌Rt△DGN,同理可得DE=DB,GN=NB,可设GN=y,则CD=y,可表示出NB、CN、DN、DB,即可求出⊙D的半径DE,在Rt△DGN中可利用勾股定理列方程求解即可求出CD.
【解答】解:过点G作GM⊥CB交BC于点M,连接CG,
∵∠ACB=90°,GM⊥CB,且∠B为△ABC与△AGMB的公共角,
△ACB∽△GMB,
∴BC=2AC=2,
∴MG=MB.
设GM=x,则BM=2x,CM=2﹣2x,
由题意得CA、CG、CH都为⊙C的半径,
∴CA=CG=CH=1,
在Rt△CGM中可利用勾股定理列方程:x2+(2﹣2x)2=12,
解得:x=或1(舍去).
∴GM=,CM=.
∴MH=CH﹣CM=,
在Rt△MHG中,由勾股定理可求得:GH==,
过点G作GN⊥CB交BC于点N,连接DG、DF,
由题意得DF、DG、DE、DH为⊙D的半径,
∴DF=DE=DG=DH,
∵EF=GH,
在Rt△DEF与Rt△DGH中:
,
∴△FED≌△DGH(SSS),
∴∠FDE=∠GDH,
∵DE⊥BC,GN⊥CB,
∴∠CDF+∠FDE=90°,∠DGN+∠GDH=90°,
∴∠CDF=∠DGN,
在Rt△CDF与Rt△DGN中:
,
∴Rt△FCD≌Rt△DGN(AAS),
∴CD=NG,
同理:△GNB∽△ACB,
∴GN=NB.
设GN=y,则CD=y,NB=2y,CN=CB﹣NB=2﹣2y,DN=CN﹣CD=2﹣3y,DB=DN+NB=2﹣y,
同理:△EDB∽△ACB,
∴DE=DB=1﹣y.
∴DG=DE=1﹣y.
在Rt△DGN中可利用勾股定理得:DN2+GN2=DG2,
列方程得:(2﹣3y)2+y2=(1﹣y)2,
解得:y=或(舍去).
∴CD=.
故答案为:;.
5.如图,在⊙O中,弦AB与弦CD相交于点G,OA⊥CD于点E,过点B的直线与CD的延长线交于点F,AC∥BF.
(1)若∠FGB=∠FBG,求证:BF是⊙O的切线;
(2)若tan∠F=,CD=24,求⊙O的半径;
(3)请问的值为定值吗?若是,请写出计算过程,若不是,请说明理由.
【分析】(1)由OA=OB,得出∠OAB=∠OBA,由OA⊥CD,得出∠OAB+∠AGC=90°,推出∠FBG+∠OBA=90°,即∠OBF=90°,即可得出结论;
(2)由平行线得出∠ACF=∠F,求出CE=CD=12,得出tan∠ACF==,求出AE=9,连接OC,设圆的半径为r,则OE=r﹣9,由勾股定理得出方程,解方程即可;
(3)连接BD,证明△BDG∽△FBG,得出对应边成比例,得出GB2=DG•GF,即可得出结果.
【解答】(1)证明:∵OA=OB,
∴∠OAB=∠OBA,
∵OA⊥CD,
∴∠OAB+∠AGC=90°,
又∵∠FGB=∠FBG,∠FGB=∠AGC,
∴∠FBG+∠OBA=90°,即∠OBF=90°,
∴OB⊥FB,
∵AB是⊙O的弦,
∴点B在⊙O上,
∴BF是⊙O的切线;
(2)解:∵AC∥BF,
∴∠ACF=∠F
∵CD=24,OA⊥CD,
∴CE=CD=12,
∵tan∠F=,
∴tan∠ACF==,
即,
解得AE=9,
连接OC,如图1所示:
设圆的半径为r,则OE=r﹣9,
在Rt△OCE中,CE2+OE2=OC2,
即122+(r﹣9)2=r2,
解得:r=12.5;
(3)解:是定值;理由如下:
连接BD,如图2所示:
∵∠DBG=∠ACF,∠ACF=∠F,
∴∠DBG=∠F,
∵∠DGB=∠FGB,
∴△BDG∽△FBG,
∴,
即GB2=DG•GF,
∴=====.
6.如图(1),⊙O为锐角△CBD的外接圆,过点D作DH⊥BC于点H,DC,DH分别交直径AB于点E,F,连结AC,∠CDH+2∠ABC=90°.
(1)求证:CB=CD.
(2)当CH=DH时,求证:AE=BF.
(3)如图(2),若,
①求sin∠CDH的值;
②求EF的长.
【分析】(1)证明∠DCO=∠ABC=∠BCO,得到∠COD=∠COB,即可求解;
(2)证明DO平分∠CDH且DO⊥EF,即可求解;
(3)①在Rt△CDH中,CD2=DH2+CH2,求出x=,则CH=BC﹣BH=2﹣=,即可求解;
②设ET=3x,则CT=x,CE=4x,则AT=AC﹣CT=2﹣x,则tan∠CAB===,解得:x=,即可求解.
【解答】(1)证明:连接OC、OD,
则∠OCB=∠OBC,
∵∠CDH+2∠ABC=∠CDH+∠ABC+∠ABC=90°,
而∠CDH+∠ACB=∠CDH+∠BCO+∠OCD=∠CDH+∠ABC+∠DCO=90°,
∴∠DCO=∠ABC=∠BCO,
∴∠OCD=∠ODC=∠OCB=∠OBC,
∴∠COD=∠COB,
∴CB=CD;
(2)证明:如图,
当CH=DH时,则∠DCH=∠CDH=45°,
由(1)知∠OCD=∠OCB=∠ODC=×45°=22.5°,
则DO平分∠CDH,
∵∠CDH=45°,则∠BOD=90°,
即DO⊥EF,
故OE=OF,
而OA=OB,
故AE=BF;
(3)解:①在等腰三角形BCD中,CD=BC=2,
∴∠CBD=∠CDB=∠ACB,
∴tan∠CBD=tan∠CDB=tan∠ACB==,
设BH=x,则DH=x,
则CH=BC﹣BH=2﹣x,
在Rt△CDH中,CD2=DH2+CH2,
即(2)2=(2﹣x)2+(x)2,
解得:x=,
则CH=BC﹣BH=2﹣=,
则sin∠CDH===;
②过点E作ET⊥AC于点T,
∵AC∥DH,
则∠ACE=∠CDH,
故设ET=3x,则CT=x,CE=4x,
则AT=AC﹣CT=2﹣x,
则tan∠CAB===,
解得:x=,
则AT=2﹣x=,ET=3x=,CE=4x=,ED=CD﹣CE=2﹣=,
则AE==,=;
∵AC∥DH,
∴==;
===,
解得:EF=.
7.如图,在四边形ABCD中,∠B=∠C=90°,tan∠BAD=,AD=5,CD=4a.DE⊥AD交线段BC于点E,以DE为直径的⊙O交AE于点F,连结DF.
(1)用a的代数式分别表示DE,AB的长.
(2)∠CDF被DE分割成的两个角中,有一个等于∠BAE,求的值.
(3)连结OB,当OB∥DF时,
①求证:∠OBC=∠BAE;
②求tan∠DAE的值.
【分析】(1)在Rt△ADH中分别求DH、AH的长度,易证四边形CDHB是矩形,所以BH=CD=4a,BC=DH=4,AB=3+4a,设BE=y,则CE=4﹣y,根据勾股定理可得用含a、y的代数式表示DE2,在Rt△ADE和Rt△ABE中求AE2,从而可得y与a的关系式,进而求得DE的长;
(2)由题意,分类讨论:当∠CDE=∠BAE时,在Rt△CDE和Rt△ABE中利用三角函数得到方程解a,分别求BE,DE,得出的值;当∠FDE=∠BAE可证AE是∠DAB的角平分线,所以ED=BE,得出的值;
(3)①根据同角的余角相等即得证;
②根据中位线定理可求ON长度,再根据∠OBC=∠BAE可知tan∠OBC=tan∠BAE得到方程,解出a的值,在Rt△ADE中可得tan∠DAE==a,即可求解.
【解答】(1)解:过点D作DH⊥AB于H,
∵∠B=∠C=90°,
∴∠DHB=∠B=∠C=90°,
∴四边形CDHB是矩形,
∴BH=CD=4a,BC=DH,
在Rt△ADH中,tan∠BAD=,AD=5,
∴DH=4、AH=3,
∴BC=DH=4,AB=3+4a,
设BE=y,则CE=4﹣y,
∵DE是直径,
∴∠DCE=90°,
∴DE2=CD2+CE2=(4a)2+(4﹣y)2,
∵DE⊥AD,
∴AE2=AD2+DE2=AB2+BE2,
∴5+2(4a)2+(4﹣y)2=y2+(3+4a)2,
∴y=4﹣3a,
∴CE=4﹣y=3a,
∴DE==5a;
(2)解:当∠CDE=∠BAE时,
在Rt△CDE中,
tan∠DAE==tan∠BAE=,
∵CE=3a,CD=4a,BE=4﹣3a,AB=3+4a,
∴,解得a=0(舍去)或,
∴BE=4﹣3a=,DE=5a=,
∴=;
当∠FDE=∠BAE时,
∵DE是直径,
∴∠DFA=90°,
∵∠FDE+∠ADF=∠ADF+∠DAF=90°,
∴∠DAF=∠FDE=∠BAE,
∵AD⊥DE,BE⊥AB,
∴ED=BE,
∴=1,
综上,的值为或1;
(3)①证明:设EF与OB交于点G,
∵OB∥DF,
∴∠AGB=∠DFE=∠OGE=90°,
∴∠EAB+∠ABO=∠ABO+∠OBC=90°,
∴∠OBC=∠BAE;
②解:作ON∥CD交BC于N,
∴∠ONB=∠C=90°,
∵OD=OE,
∴CN=BN=CE=a,
∴ON=CD=2a,
∴BN=BE+EN=4﹣3a+a=4﹣a,
∵∠OBC=∠BAE,
∴tan∠OBC=tan∠BAE=,
∴,解得a=,
在Rt△ADE中,tan∠DAE==a,
∴tan∠DAE=.
8.综合与实践
【问题情境】在数学综合实践课上,“希望小组”的同学们以三角形为背景,探究图形变化过程中的几何问题,如图,在△ABC中,AB=AC,∠BAC=90°,点D为平面内一点(点A,B,D三点不共线),AE为△ABD的中线.
【初步尝试】(1)如图1,小林同学发现:延长AE至点M,使得ME=AE,连接DM.始终存在以下两个结论,请你在①,②中挑选一个进行证明:
①DM=AC;②∠MDA+∠DAB=180°;
【类比探究】(2)如图2,将AD绕点A顺时针旋转90°得到AF,连接CF.小斌同学沿着小林同学的思考进一步探究后发现:,请你帮他证明;
【拓展延伸】(3)如图3,在(2)的条件下,王老师提出新的探究方向:点D在以点A为圆心,AD为半径的圆上运动(AD>AB),直线AE与直线CF相交于点G,连接BG,在点D的运动过程中BG存在最大值.若AB=4,请直接写出BG的最大值.
【分析】(1)利用SAS证明△ABE≌△MDE,可得AB=DM,再结合AB=AC,即可证得DM=AC;由全等三角形性质可得∠BAE=∠DME,再运用平行线的判定和性质即可证得∠MDA+∠DAB=180°;
(2)延长AE至点M,使得ME=AE,连接DM.利用SAS证得△ACF≌△DMA,可得CF=AM,再由AE=AM,可证得AE=CF;
(3)延长DA至M,使AM=AD,设AM交CF于N,连接BM交CF于K,取AC中点P,连接GP,可证得△ACF≌△ABM(SAS),利用三角形中位线定理可得AE∥BM,即AG∥BM,利用直角三角形性质可得GP=AC=AB=2,得出点G在以P为圆心,2为半径的⊙P上运动,连接BP并延长交⊙P于G′,可得BG′的长为BG的最大值,再运用勾股定理即可求得答案.
【解答】(1)证明:①∵AE为△ABD的中线,
∴BE=DE,
在△ABE和△MDE中,
,
∴△ABE≌△MDE(SAS),
∴AB=DM,
∵AB=AC,
∴DM=AC;
②由①知△ABE≌△MDE,
∴∠BAE=∠DME,
∴AB∥DM,
∴∠MDA+∠DAB=180°;
(2)证明:延长AE至点M,使得ME=AE,连接DM.
由旋转得:AF=AD,∠DAF=90°,
∵∠BAC=90°,∠DAF+∠BAC+∠BAD+∠CAF=360°,
∴∠BAD+∠CAF=180°,
由(1)②得:∠MDA+∠DAB=180°,DM=AB=AC,
∴∠CAF=∠MDA,
在△ACF和△DMA中,
,
∴△ACF≌△DMA(SAS),
∴CF=AM,
∵AE=AM,
∴AE=CF;
(3)如图3,延长DA至M,使AM=AD,设AM交CF于N,连接BM交CF于K,取AC中点P,连接GP,
由旋转得:AF=AD,∠DAF=90°,
∴AF=AM,∠MAF=180°﹣90°=90°,
∵∠BAC=90°,
∴∠MAF+∠CAM=∠BAC+∠CAM,
即∠CAF=∠BAM,
在△ACF和△ABM中,
,
∴△ACF≌△ABM(SAS),
∴∠AFC=∠AMB,即∠AFN=∠KMN,
∵∠ANF=∠KNM,
∴∠FAN=∠MKN=90°,
∴BM⊥CF,
∵E、A分别是DB、DM的中点,
∴AE是△BDM的中位线,
∴AE∥BM,即AG∥BM,
∴AG⊥CF,
∴∠AGC=90°,
∵点P是AC的中点,
∴GP=AC=AB=2,
∴点G在以P为圆心,2为半径的⊙P上运动,
连接BP并延长交⊙P于G′,
∴BG′的长为BG的最大值,
在Rt△ABP中,BP===2,
∴BG′=BP+PG′=2+2,
∴BG的最大值为2+2.
圆的基本性质相关综合题解题秘籍:
圆中求长度,垂径+勾股;圆中求角度,同弧或等弧;
圆的综合问题,和那个图形结合,就多想所结合图形的性质与圆的性质;
圆与切线综合题解题要点:
有切线必有直角,有直角三角形,求长度则多想勾股定理及与直角三角形有关的相似;
圆与最值问题必备知识:
一、构造辅助圆的常用方法:
①定义法:到定点的距离=定长
即:同一平面内4个点到某一定点的距离相等(3个点也可证共圆)
②定边对直角(原理:直径所对的圆周角=90°)
特例:有公共斜边的两个直角三角形,必满足四点共圆
③定边对定角(原理:同弧所对的圆周角相等)
④对角互补的四边形,4个顶点满足四点共圆
特例:矩形、正方形的4个顶点必四点共圆
⑤“蝴蝶形”相似的4个顶点必满足四点共圆
⑥瓜豆原理之圆生圆
二、圆与圆外定点的最值求法:
如图:则AP最小值=OA-r;AP最大值=OA+r
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