中考難點:構造三角形外接圓解四類難題,另闢蹊徑,別開生面

2021-01-08 中學數學精準輔導

在解證幾何題時,四點共圓已經被一些學生所了解或重視,然而作三角形的外接圓還沒有被學生重視,使對許多幾何題的證明難於入手.下面介紹作三角形外接圓這個輔助圓的思路和方法,以期待對你的學習有所幫助。

類型1 作三角形外接圓,求含有乘積式問題

例1.已知AD是△ABC的角平分線,求證:ABAC=AD+BDCD.

【分析】作輔助圓,根據同弧所對的圓周角相等和角平分線證明相似得出比例式,再證△BAD∽△ECD,根據相似三角形的性質得出ADED=BDDC,即可得出答案.

【解答】證明:作△ABC的外接圓O,延長AD交⊙O於E,連接CE,

∵AE平分∠BAC,∴∠BAD=∠EAC,

∵∠B=∠E,∴△ABD∽△AEC,∴AB/AE=AD/AC,

∴ABAC=ADAE=AD(AD+DE)=AD2+ADED,

∵∠B=∠E,∠BAD=∠DCE,∴△BAD∽△ECD,

∴AD/CD=BD/ED,∴ADED=BDDC,∴ABAC=ADAE=AD+BDDC.

【點評】本題考查了相似三角形的性質和判定,圓周角定理的應用,解此題的關鍵是推出△ABD∽△AEC和△BAD∽△ECD,主要考查學生的推理能力.

例2.如圖,ABCD是圓內接四邊形,AB、DC的延長線交於E,AD、BC的延長線交於F,EP、FQ切圓於P、Q兩點,求證:EP+FQ=EF.

【分析】作輔助圓,構建四點共圓的四邊形,利用切割線定理列式:EP2=ECED,FQ2=FCFB,得出結論.

【解答】證明:作△BCE的外接圓,交EF於G,連接CG,

∵A、B、C、D四點共圓,∴∠FDC=∠ABC,

∵B、C、G、E四點共圓,∴∠ABC=∠CGE,

∴∠FDC=∠ABC=∠CGE,∴F、D、C、G四點共圓,

由切割線定理得:EP=ECED,FQ=FCFB,

EF=(EG+GF)EF=EGEF+GFEF=ECED+FCFB,

∴EP+FQ=EF.

【點評】本題考查了切割線定理和圓內接四邊形的性質,本題運用了圓內接四邊形的任意一個外角等於它的內對角(就是和它相鄰的內角的對角);反之也成立;在證明線段的平方和時,一方面考慮利用勾股定理來求,另一方面考慮利用切割線定理列式得出.

類型2 作三角形外接圓,利用圓中的角證明線段的和差倍半問題

例3.四邊形ABCD內接於圓,另一圓的圓心在邊AB上且與其餘三邊相切,求證:AD+BC=AB.

【分析】先畫圖,設AB上的圓心為P,由等腰三角形的性質得,∠CMB=∠PDC,則M,P,C,D四點共圓,從而得出∠AMD=∠ADM,最後證得AD+BC=AB.

【解答】證明:設AB上的圓心為P,在AB上取一點M,使MB=BC,

連接MC,MD,PD,PC 等腰△CMB中,∠CMB=∠MCB,

∴∠CMB=1/2(∠MCB+∠CMB)=1/2(180°﹣∠B),

=1/2∠ADC (圓內接四邊形ABCD的對角相加為180°),

=∠PDC (設圓P切AD於E,切DC於F,有PE=PF,Rt△PDE和Rt△PDF中,一對兒直角邊相等,且斜邊是公共的,∴兩Rt△全等,可得PD平分∠CDA),

∴M,P,C,D四點共圓,

∴∠AMD=∠DCP=1/2∠DCB (同理,可證PC平分∠DCB),

=1/2(180°﹣∠A) (ABCD的另一對兒對角和為180°,

=1/2(∠ADM+∠AMD),

∴∠AMD=∠ADM∴AD=AM,∴AD+BC=AM+MB=AB.

例4.如圖,在△ABC中,AB=AC,D是底邊BC上一點,E是線段AD上一點且∠BED=2∠CED=∠A.求證:BD=2CD.

【分析】首先作DO∥AB交AC於O,得出O為△EDC的外心,進而得出△ACE∽△ADF,即有AD/AC=AF/AE,即可得出△ADO∽△BAE,即可得出BD=2CD.

【解答】證明:作DO∥AB交AC於O.則由AB=AC易知OD=OC,且∠DOC=∠BAC=2∠CED,所以O為△EDC的外心,

取F為△EDC的外接圓與AC的交點,連接DF,則OF=OC=OD,∠ACE=∠ADF. 所以△ACE∽△ADF,即有AD/AC=AF/AE.

再由DO∥AB,∠ADO=∠BAE,

∠AOD=180﹣∠DOC=180°﹣∠A=180°﹣∠BED=∠AEB,

所以△ADO∽△BAE,即得OD/AE=AD/AB=AF/AE.

故AF=OD=OC=1/2CF,從而AO=2OC.

由DO∥AB,得:BD=2CD.

類型3 作三角形的外接圓,利用圓中的角判斷三角形的形狀

例5.已知:AD是△ABC的中線,若∠ABC+∠CAD=90.試判斷△ABC的形狀.

分析: 作△ABC的外接圓.使分散的∠ABC.∠CAD集中在一起,從而知道中線AD在外接圓的直徑上.根據圓中弦的定理,可判斷△ABC的形狀.

解: 作△ABC的外接圓.延長AD交外接圓於E.連結BE.

∵∠EBC=∠CAD,又∠ABC+∠CAD=90°,

∴∠ABC+∠EBC=90°,即∠ABE=90°.

AE是△ABC的外接圓的直徑.又AD是BC邊上的中線.

(1)當BC不是外接圓的直徑時,即BC為弦,則 AD⊥BC,AD是BC邊的中垂線.△ABC為等腰三角形.

(2)當BC是外接圓的直徑時,∠CAB=90°,△ABC為直角三角形.

例6. 設P、Q為線段BC 上兩定點,且BP=CQ.A為BC外一動點.當點A運動到使∠BAP=∠CAQ時,△ABC是什麼三角形?

分析:作△ABC的外接圓,能把角等轉化為弦等,構造全等三角形.

證明 :作△ABC的外接圓,延長AP、AQ分別交外接圓於E、F.連結BE、CF.

∵∠BAP=∠CAQ,即∠BAE=∠CAF,∴BE=FC, 弧BE=弧CF,

∴弧BF=弧CE, ∴∠EBP=∠FCQ, 

又BP=CQ,∴△BEP≌△CFQ.∠E=∠F,

在△ABE和△ACF中,∠E=∠F,∠BAE=∠CAF,BE=CF.

∴△ABE≌△ACF,AB=AC, ∴△ABC是等腰三角形.

類型4 作三角形的外接圓,解幾何綜合題

例7.已知:A、B、C三點不在同一直線上.

(1)若點A、B、C均在半徑為R的⊙O上,

i)如圖①,當∠A=45°,R=1時,求∠BOC的度數和BC的長;

ii)如圖②,當∠A為銳角時,求證:sinA=BC/2R;

(2)若定長線段BC的兩個端點分別在∠MAN的兩邊AM、AN(B、C均與A不重合)滑動,如圖③,當∠MAN=60°,BC=2時,分別作BP⊥AM,CP⊥AN,交點為P,試探索在整個滑動過程中,P、A兩點間的距離是否保持不變?請說明理由.

【分析】(1)i)根據圓周角定理得出∠BOC=2∠A=90°,再利用勾股定理得出BC的長;

ii)作直徑CE,則∠E=∠A,CE=2R,利用sinA=sinE=BC/2R,得出即可;

(2)首先證明點A、B、P、C都在⊙K上,再利用sin60°=BC/AP,得出AP=2/ sin60°=4√3/3(定值).

【解答】(1)i)∵A、B、C均在⊙O上,

∴∠BOC=2∠A=2×45°=90°,

∵OB=OC=1,∴BC=√2,

註:也可延長BO或過O點作BC的垂線構造直角三角形求得BC.

ii)證法一:如圖②,連接EB,作直徑CE,則∠E=∠A,CE=2R,

∴∠EBC=90°∴sinA=sinE=BC/2R,

證法二:如圖③.連接OB、OC,作OH⊥BC於點H,

則∠A=1/2∠BOC=∠BOH,BH=1/2BC

∴sinA=sin∠BOH=BH/OB=1/2BC/R=BC/2R,

(2)如圖④,連接AP,取AP的中點K,連接BK、CK,

在Rt△APC中,CK=1/2AP=AK=PK,

同理得:BK=AK=PK,∴CK=BK=AK=PK,

∴點A、B、P、C都在⊙K上,

∴由(1)ii)可知sin60°=BC/AP

∴AP=2/ sin60°=4√3/3(定值),

故在整個滑動過程中,P、A兩點間的距離不變.

【點評】此題主要考查了圓周角定理以及解直角三角形和四點共圓等知識,根據已知得出點A、B、P、C都在⊙K上以及sin60°=BC/AP是解題關鍵.

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