中考熱點,初高中銜接內容,四點共圓,倒角利器

2021-01-08 中學數學精準輔導

初中數學課程標準修改後,教材中四點共圓知識已經刪除掉了,但這樣一件強悍且使用簡單的武器,我們還是有必要去了解的,近年來對於壓軸題以幾何為核心的考區來說,有時用到解題更為簡潔,由此應該數學掌握。傳統幾何知識可以說「四點共圓」是直線型與圓之間度量關係或位置關係相互轉化的媒介,是平面幾何一個十分有力的工具。

1.操作與探究

我們知道:過任意一個三角形的三個頂點能作一個圓,探究過四邊形四個頂點作圓的條件.

(1)分別測量圖1、2、3各四邊形的內角,如果過某個四邊形的四個頂點能一個圓,那麼其相對的兩個角之間有什麼關係?證明你的發現.

(2)如果過某個四邊形的四個頂點不能一個圓,那麼其相對的兩個角之間有上面的關係嗎?試結合圖4、5的兩個圖說明其中的道理.

由上面的探究,試歸納出判定過四邊形的四個頂點能作一個圓的條件.

【解析】:本題拓展性地考查了確定圓的條件,圓內接四邊形的性質.圓內接四邊形的性質是溝通角相等關係的重要依據,在應用此性質時,要注意與圓周角定理結合起來.在應用時要注意是對角,而不是鄰角互補.

(1)對角互補(對角之和等於180°);

∵矩形、正方形的對角線相等且互相平分,

∴四個頂點到對角線交點距離相等,

∴矩形、正方形的四個頂點可在同一個圓上;

四個頂點在同一個圓上的四邊形的對角互補.

(2)圖4中,∠B+∠D<180°.圖5中,∠B+∠D>180°.

過四邊形的四個頂點能作一個圓的條件是:對角互補(對角之和等於180°).

變式.(1)已知一個矩形ABCD,能否畫出一個圓,使它的四個頂點都在同一個圓上?試一試.

(2)已知一個等腰梯形ABCD,能否畫出一個圓,使它的四個頂點都在同一個圓上?試一試.

(3)已知一個平行四邊形ABCD,能否畫出一個圓,使它的四個頂點都在同一個圓上?

【解析】:(1)已知一個矩形ABCD,其對角之和為180°,

所以能畫出一個圓,使它的四個頂點都在同一個圓上,.

(2)已知一個等腰梯形ABCD,其對角之和為180°,

所以能畫出一個圓,使它的四個頂點都在同一個圓上.

(3)已知一個平行四邊形ABCD,鄰角之和為180°,

不能畫出一個圓.

2.定義:只有一組對角是直角的四邊形叫做損矩形,連接它的兩個非直角頂點的線段叫做這個損矩形的直徑.

(1)如圖,損矩形ABCD,∠ABC=∠ADC=90°,則該損矩形的直徑是線段______.

(2)①在損矩形ABCD內是否存在點O,使得A、B、C、D四個點都在以O為圓心的同一圓上?如果有,請指出點O的具體位置;

②如圖,直接寫出符合損矩形ABCD的兩個結論(不能再添加任何線段或點).

【解析】△ADC和△ABC都是直角三角形,且有共同的斜邊,直角三角形的三個頂點在以斜邊為直徑的圓上.因而ABCD四個頂點共圓.

(1)線段AC;

(2)①在損矩形ABCD內存在點O,使得A、B、C、D四個點都在以O為圓心的同一個圓上,O是線段AC的中點.

②ABCD是圓內接四邊形;∠ADB=∠ACB.

3.問題探究:

(一)新知學習:

圓內接四邊形的判斷定理:如果四邊形對角互補,那麼這個四邊形內接於圓(即如果四邊形EFGH的對角互補,那麼四邊形EFGH的四個頂點E、F、G、H都在同個圓上).

(二)問題解決:

已知⊙O的半徑為2,AB,CD是⊙O的直徑.P是弧BC上任意一點,過點P分別作AB,CD的垂線,垂足分別為N,M.

(1)若直徑AB⊥CD,對於弧BC上任意一點P(不與B、C重合) (如圖一),證明四邊形PMON內接於圓,並求此圓直徑的長;

(2)若直徑AB⊥CD,在點P(不與B、C重合)從B運動到C的過程中,證明MN的長為定值,並求其定值;

(3)若直徑AB與CD相交成120°角.

①當點P運動到弧BC的中點P1時(如圖二),求MN的長;

②當點P(不與B、C重合)從B運動到C的過程中(如圖三),證明MN的長為定值.

(4)試問當直徑AB與CD相交成多少度角時,MN的長取最大值,並寫出其最大值.

【解析】:(1)如圖一,

∵PM⊥OC,PN⊥OB,∴∠PMO=∠PNO=90°,

∴∠PMO+∠PNO=180°,

∴四邊形PMON內接於圓,直徑OP=2;

(2)如圖一,∵AB⊥OC,即∠BOC=90°,

∴∠BOC=∠PMO=∠PNO=90°,

∴四邊形PMON是矩形,∴MN=OP=2,

∴MN的長為定值,該定值為2;

(3)①如圖二,∵P1是弧BC的中點,∠BOC=120°

∴∠COP1=∠BOP1=60°,∠MP1N=60°.

∵P1M⊥OC,P1N⊥OB,∴P1M=P1N,

∴△P1MN是等邊三角形,∴MN=P1M.

∵P1M=OP1sin∠MOP1=2×sin60°=√3,∴MN=√3;

②設四邊形PMON的外接圓為⊙O′,連接NO′並延長,

交⊙O′於點Q,連接QM,如圖三,

則有∠QMN=90°,∠MQN=∠MPN=60°,

在Rt△QMN中,sin∠MQN=MN/QN,

∴MN=QNsin∠MQN,

∴MN=OPsin∠MQN=2×sin60°=2×√3/2=√3,

∴MN是定值.

(4)由(3)②得MN=OPsin∠MQN=2sin∠MQN.

當直徑AB與CD相交成90°角時,∠MQN=180°﹣90°=90°,MN取得最大值2.

4.閱讀理解:

如果同一平面內的四個點在同一個圓上,則稱這四個點共圓,一般簡稱為「四點共圓」.證明「四點共圓」判定定理有:1、若線段同側兩點到線段兩端點連線夾角相等,那麼這兩點和線段兩端點四點共圓;2、若平面上四點連成的四邊形對角互補,那麼這四點共圓.例:如圖1,若∠ADB=∠ACB,則A,B,C,D四點共圓;或若∠ADC+∠ABC=180°,則A,B,C,D四點共圓.

(1)如圖1,已知∠ADB=∠ACB=60°,∠BAD=65°,則∠ACD=________;

(2)如圖2,若D為等腰Rt△ABC的邊BC上一點,且DE⊥AD,BE⊥AB,AD=2,求AE的長;

(3)如圖3,正方形ABCD的邊長為4,等邊△EFG內接於此正方形,且E,F,G分別在邊AB,AD,BC上,若AE=3,求EF的長.

【解析】:(1)∵∠ADB=∠ACB=60°,∴A,B,C,D四點共圓,

∴∠ACD=∠ABD=180°﹣∠ADB﹣∠BAD=180°﹣60°﹣65°=55°,

故答案為:55°;

(2)在線段CA取一點F,使得CF=CD,如圖2所示:

∵∠C=90°,CF=CD,AC=CB,

∴AF=DB,∠CFD=∠CDF=45°,∴∠AFD=135°,

∵BE⊥AB,∠ABC=45°,∴∠ABE=90°,∠DBE=135°,∴∠AFD=∠DBE,

∵AD⊥DE,∴∠ADE=90°,

∵∠FAD+∠ADC=90°,∠ADC+∠BDE=90°,

∴∠FAD=∠BDE,

在△ADF和△DEB中,∠FAD=∠BDE,AF=BD, ∠AFD=∠DBE,

∴△ADF≌△DEB(ASA),∴AD=DE,

∵∠ADE=90°,∴△ADE是等腰直角三角形,

∴AE=√2AD=2√2;

(3)作EK⊥FG於K,則K是FG的中點,連接AK,BK,如圖3所示:

∴∠EKG=∠EBG=∠EKF=∠EAF=90°,

∴E、K、G、B和E、K、F、A分別四點共圓,

∴∠KBE=∠EGK=60°,∠EAK=∠EFK=60°,

∴△ABK是等邊三角形,

∴AB=AK=KB=4,作KM⊥AB,則M為AB的中點,

∴KM=AKsin60°=2√3,

∵AE=3,AM=1/2AB=2,∴ME=3﹣2=1,

解題常用模型利器,共圓模型的應用往往成為解題的關鍵步驟和技巧,用好共圓結構,會發現解題過程中柳暗花明,遇到很多難以轉化的複雜過程或難點時,會有豁然開朗的感覺。

共圓結構的模型第二類模型就是同等異補結構用得比較多,具體是指在平面中,由一條邊在這條邊的同側對著兩個相等的角度,在這條邊的異側對著兩個互補的角度,則考慮構造共圓結構,共圓後,一般是利用其轉化角度,尤其同弧所對的圓周角相等,直徑所對的圓周角是90度的應用,也有一些利用特殊角度或邊長位置和數量關係轉化邊長的關係。總之,構造共圓後,就是在圓裡利用的知識點和常規幾何條件解決.

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