内容正文:
浙教版中考数学第一轮专题复习讲义
第六单元 圆
《第23讲 直线与圆的位置关系》
【知识梳理】
1.直线与圆的位置关系
(1)在同一平面内,直线与圆的位置关系有三种,分别是 相离 、 相切 、 相交 .
(2)用定义法判断:
直线l与☉O没有公共点⇔直线l与☉O 相离 ;
直线l与☉O有唯一公共点⇔直线l与☉O 相切 ;
直线l与☉O有两个公共点⇔直线l与☉O 相交 .
(3)d,r比较法:如果☉O的半径为r,圆心O到直线l的距离为d,那么,
d<r⇔直线l与☉O 相交 ;
d=r⇔直线l与☉O 相切
d>r⇔直线l与☉O 相离 .
2.圆的切线的性质
(1)性质:经过 切点 的半径垂直于圆的切线.
(2)推论:
①经过圆心且垂直于切线的直线必过 切点
②经过切点且垂直于切线的直线必过 圆心 .
3.圆的切线的判定
判定定理:经过半径的外端并且 垂直 这条半径的直线是圆的切线.
4.切线长定理
(1)切线长:从圆外一点作圆的 切线 ,通常我们把圆外这一点到 切点 间的线段的长叫做切线长.
(2)切线长定理:过圆外一点所作的圆的两条切线长 相等 .
5.三角形的内切圆
(1)定义:与三角形三边都相切的圆叫做三角形的 内切圆 ,圆心叫做三角形的 内心 ,三角形叫做圆的外切三角形.
(2)三角形的内心是三角形的三条 角平分线 的交点.
【考题探究】
类型一 直线与圆的位置关系
【例1】已知平面内有☉O和点A,B,若☉O的半径为2 cm,线段OA=3 cm,OB=2 cm,则直线AB与☉O的位置关系是( D )
A.相离 B.相交
C.相切 D.相交或相切
【解析】 ∵☉O的半径为2 cm,线段OA=3 cm,OB=2 cm,
∴点A到圆心O的距离大于圆的半径,点B到圆心O的距离等于圆的半径,
∴点A在☉O外,点B在☉O上,
∴直线AB与☉O的位置关系是相交或相切.
变式1 [易错题]已知☉O的半径为2,直线l上有一点P满足PO=2,则直线l与☉O的位置关系是( D )
A.相切 B.相离
C.相离或相切 D.相切或相交
【解析】 当OP垂直于直线l时,即圆心O到直线l的距离d=2=r时,☉O与直线l相切;
当OP不垂直于直线l时,即圆心O到直线l的距离d<2=r时,☉O与直线l相交.
综上所述,直线l与☉O的位置关系是相切或相交.
类型二 切线的性质
【例2】[2024·浙江]如图,AB是☉O的直径,AC与☉O相切,A为切点,连结BC.已知∠ACB=50°,则∠B的度数为 40 °.
典例2图
变式2-1 [2023·金华]如图,点A在第一象限内,☉A与x轴相切于点B,与y轴相交于点C,D.连结AB,过点A作AH⊥CD于点H.
(1)求证:四边形ABOH为矩形.
(2)已知☉A的半径为4,OB=,求弦CD的长.
变式2-1图
变式2-1答图
解:(1)∵☉A与x轴相切于点B,
∴AB⊥x轴.
又∵AH⊥CD,HO⊥OB,
∴∠AHO=∠HOB=∠OBA=90°,
∴四边形ABOH是矩形.
(2)如答图,连结AC.
∵四边形ABOH是矩形,
∴AH=OB=.
在Rt△AHC中,CH2=AC2-AH2,
∴CH==3.
∵点A为圆心,AH⊥CD,
∴CD=2CH=6.
变式2-2 [2023·绍兴]如图,AB是☉O的直径,C是☉O上一点,过点C作☉O的切线CD,交AB的延长线于点D,过点A作AE⊥CD,交DC的延长线于点E.
(1)若∠EAC=25°,求∠ACD的度数.
(2)若OB=2,BD=1,求CE的长.
变式2-2图
解:(1)∵AE⊥CD,
∴∠AEC=90°,
∴∠ACD=∠AEC+∠EAC=90°+25°=115°.
(2)∵CD是☉O的切线,OC是☉O的半径,
∴∠OCD=90°.
在Rt△OCD中,OC=OB=2,OD=OB+BD=3,
∴CD=.
∵∠OCD=∠AEC=90°,
∴OC∥AE,
∴,即,
∴CE=.
变式2-3 如图,已知在Rt△ABC中,∠C=Rt∠,D是AB边上一点,以BD为直径的半圆O与边AC相切,切点为E,过点O作OF⊥BC,垂足为F.
(1)求证:OF=EC.
(2)若∠A=30°,BD=2,求AD的长.
变式2-3图
解:(1)如答图,连结OE.
变式2-3答图
∵AC是☉O的切线,切点为E,∴OE⊥AC,
∴∠OEC=90°.
∵OF⊥BC,∠C=90°,
∴∠OFC=∠C=90°=∠OEC,
∴四边形OECF是矩形,∴OF=EC.
(2)∵BD=2,∴OE=OD=BD=1.
∵∠A=30°,OE⊥AC,∴AO=2OE=2,
∴AD=AO-OD=1.
类型三 切线的判定
角度1 直线与圆公共点已知,连半径,证垂直
【例3】[通过平行证垂直][2023·随州节选]如图,AB是☉O的直径,点E,C在☉O上,C是的中点,AE垂直于过点C的直线,垂足为D,AB的延长线交直线DC于点F.求证:DC是☉O的切线.
典例3图
典例3答图
证明:如答图,连结OC.
∵AD⊥DF,∴∠D=90°.
∵C是的中点,
∴,
∴∠DAC=∠CAB.
∵OA=OC,
∴∠CAB=∠OCA,∴∠DAC=∠OCA,
∴AD∥OC,∴∠OCF=∠D=90°.
又∵OC是☉O的半径,
∴DC是☉O的切线.
变式3 [等角代换]如图,在△ABC中,CA=CB,BC与☉A相切于点D,过点A作AC的垂线,交CB的延长线于点E,交☉A于点F,连结BF.
(1)求证:BF是☉A的切线.
(2)若BE=5,AC=20,求EF的长.
变式3图
变式3答图
解:(1)如答图,连结AD.
∵CA=CB,∴∠CAB=∠ABC.
∵AE⊥AC,∴∠CAB+∠EAB=90°.
∵☉A切BC于点D,∴∠ADB=90°,
∴∠ABD+∠BAD=90°,∴∠BAE=∠BAD.
又∵AB=AB,AF=AD,
∴△ABF≌△ABD(SAS),
∴∠AFB=∠ADB=90°,∴BF是☉A的切线.
(2)由(1),得∠AFB=90°=∠FAC,
∴FB∥AC,
∴△BEF∽△CEA,∴.
又∵CB=CA=20,BE=5,
∴,∴BF=4,
∴EF==3.
角度2 直线与圆公共点未知,作垂直,证半径
【例4】如图,在等腰三角形ABC中,AB=AC,O为底边BC的中点,过点O作OD⊥AB,垂足为D,以点O为圆心,OD为半径作圆,交BC于点M,N.
(1)AB与☉O的位置关系为 相切 .
(2)求证:AC是☉O的切线.
典例4图
典例4答图
解:(2)如答图,过点O作OE⊥AC于点E,连结OA.
∵AB=AC,O为底边BC的中点,
∴AO为∠BAC的平分线.
∵OD⊥AB,OE⊥AC,
∴OD=OE.
∵OD为☉O的半径,
∴OE为☉O的半径,
∴AC是☉O的切线.
变式4 [2023·广西]如图,PO平分∠APD,PA与☉O相切于点A,延长AO交PD于点C,过点O作OB⊥PD,垂足为B.
(1)求证:PB是☉O的切线.
(2)若☉O的半径为4,OC=5,求PA的长.
变式4图
解:(1)∵PA与☉O相切于点A,且OA是☉O的半径,
∴PA⊥OA.
∵PO平分∠APD,OB⊥PD,OA⊥PA,
∴OB=OA,∴点B在☉O上.
∵OB是☉O的半径,且PB⊥OB,
∴PB是☉O的切线.
(2)∵OA=OB=4,OC=5,
∴AC=OA+OC=9.
∵∠OBC=90°,
∴BC==3.
∵∠A=90°,∠BCO=∠ACP,
∴=tan∠ACP=,
∴PA=AC=12.
类型四 切线长定理的运用
【例5】如图是不倒翁的主视图,不倒翁的圆形脸恰好与帽子边沿PA,PB分别相切于点A,B,不倒翁的鼻尖正好是圆心O.若∠OAB=28°,则∠APB的度数为( C )
典例5图
A.28° B.50°
C.56° D.62°
【解析】 ∵PA,PB分别切☉O于点A,B,
∴PA=PB,OA⊥PA,
∴∠PBA=∠PAB=90°-∠OAB=90°-28°=62°,
∴∠APB=180°-∠PBA-∠PAB=56°.
变式5 [2024·婺城区模拟]把直尺、圆片和两个同样大小的含30°角的直角三角尺按图所示的方式放置,两三角尺的斜边与圆分别相切于点B,C.若AB=4,则的长为 2π .
变式5图
变式5答图
【解析】 如答图,连结OC,OB.
∵两三角尺的斜边与圆分别相切于点B,C,
∴∠OCA=∠OBA=90°,OC=OB.
∵∠CAB=180°-60°-30°=90°,
∴四边形ABOC是正方形,
∴∠BOC=90°,OB=AB=4,
∴的长==2π.
类型五 三角形的内切圆与内心
【例6】[2024·滨州]刘徽(今山东滨州人)是魏晋时期我国伟大的数学家,中国古典数学理论的奠基者之一,被誉为“世界古代数学泰斗”.刘徽在注释《九章算术》时十分重视一题多解,其中最典型的是勾股容方和勾股容圆公式的推导,他给出了内切圆直径的多种表达形式.如图,在Rt△ABC中,∠C=90°,AB,BC,CA的长分别为c,a,b,则可以用含c,a,b的式子表示出△ABC的内切圆直径d,下列表达式错误的是( D )
A.d=a+b-c
B.d=
C.d=
D.d=|(a-b)(c-b)|
典例6图
典例6答图
【解析】 如答图,过点O作OE⊥AC于点E,OD⊥BC于点D,OF⊥AB于点F, 易证四边形OECD是正方形.
设OE=OD=OF=r,则EC=CD=r,
∴AE=AF=b-r,BD=BF=a-r.
∵AF+BF=AB,∴b-r+a-r=c,
∴r=,∴d=a+b-c,A正确.
∵S△ABC=S△AOC+S△BOC+S△AOB,
∴ab=ar+br+cr,∴ab=r(a+b+c),
∴r=,即d=,B正确.
∵d=a+b-c,
∴(a+b-c)2=(a+b)2-2c(a+b)+c2=a2+2ab+b2-2ac-2bc+c2.
又∵a2+b2=c2,
∴d2=2c2+2ab-2ac-2bc=2(c2+ab-ac-bc)=2[(c2-ac)+b(a-c)]=2(c-a)(c-b),
∴d=,C正确.
已知条件无法推出d=|(a-b)(c-b)|,D错误.
变式6-1 [经典题]如图,在扇形CAB中,CD⊥AB,垂足为D,☉E是△ACD的内切圆,连结AE,BE,则∠AEB的度数为 135 °.
变式6-1图
变式6-1答图
【解析】 方法一:如答图,连结EC.
∵CD⊥AB,∴∠ADC=90°.
∵点E是△ADC的内心,
∴易得∠AEC=90°+∠ADC=90°+×90°=135°,∠EAC=∠EAB.
在△AEC和△AEB中,∵
∴△AEC≌△AEB(SAS),
∴∠AEB=∠AEC=135°.
方法二:如答图,连结CE,设CD与BE相交于F,则∠EFC=∠BFD.
∵CD⊥AB,∴∠CDB=90°.
∵点E是△ADC的内心,
∴∠ACE=∠DCE,∠EAC=∠EAB.
同方法一可证△AEC≌△AEB,
∴∠EBA=∠ECA,∠AEC=∠AEB,
∴∠EBA=∠ECD,
∴∠CEF=∠FDB=90°,
∴∠AEC+∠AEB=360°-90°=270°,
∴∠AEB=×270°=135°.
变式6-2 [2024·自贡]在Rt△ABC中,∠C=90°,☉O是△ABC的内切圆,切点分别为D,E,F.
(1)图1中三组相等的线段分别是CE=CF,AF= AD ,BD= BE ;若AC=3,BC=4,则☉O半径长为 1 .
(2)如图2,延长AC到点M,使AM=AB,过点M作MN⊥AB于点N.求证:MN是☉O的切线.
变式6-2图
解:(2)如答图,过点O作OH⊥MN于点H,连结OD,OE,OF.
变式6-2答图
∵∠ANM=90°=∠ACB,∠A=∠A,AM=AB,
∴△AMN≌△ABC(AAS),∴AN=AC.
又∵AD=AF,∴AN-AD=AC-AF,即DN=CF,
易证四边形ECFO是正方形,∴CF=OE,
∴DN=OE.
∵∠ANM=90°=∠ODN=∠OHN,
∴四边形OHND是矩形,∴OH=DN,
∴OH=OE,即OH是☉O的半径.
又∵OH⊥MN,∴MN是☉O的切线.
【课后作业】
1.[2024·山西]如图,已知△ABC,以AB为直径的☉O交BC于点D,与AC相切于点A,连结OD.若∠AOD=80°,则∠C的度数为( D )
第1题图
A.30° B.40°
C.45° D.50°
2.[2023·重庆A卷]如图,AC是☉O的切线,B为切点,连结OA,OC.若∠A=30°,AB=2,BC=3,则OC的长度为( C )
A.3 B.2
C. D.6
第2题图
第2题答图
【解析】 如答图,连结OB.
∵AC是☉O的切线,∴OB⊥AC,
∴∠ABO=∠CBO=90°.
又∵∠A=30°,AB=2 ,∴OB=AB=2.
又∵BC=3,∴OC= .
3.[2024·福建]如图,已知点A,B在☉O上,∠AOB=72°,直线MN与☉O相切,切点为C,且C为的中点,则∠ACM等于( A )
A.18° B.30°
C.36° D.72°
第3题图
【解析】 ∵C为的中点,∠AOB=72°,
∴∠AOC=∠BOC=36°.
又∵OA=OC,∴∠ACO=∠OAC=72°.
∵直线MN与☉O相切于点C,
∴∠OCM=90°,∴∠ACM=∠OCM-∠ACO=18°.
4.[2024·泸州]如图,EA,ED是☉O的切线,切点分别为A,D,点B,C在☉O上,若∠BAE+∠BCD=236°,则∠E=( C )
A.56° B.60°
C.68° D.70°
第4题图
第4题答图
【解析】 如答图,连结AD.
∵四边形ABCD是☉O的内接四边形,
∴∠BAD+∠BCD=180°.
又∵∠BAE+∠BCD=236°,
∴∠EAD+∠BAD+∠BCD=∠EAD+180°=236°,
∴∠EAD=56°.
∵EA,ED是☉O的切线,切点分别为A,D,
∴EA=ED,∴∠EDA=∠EAD=56°,
∴∠E=180°-∠EDA-∠EAD=68°.
5.如图,木工用角尺的短边紧靠☉O于点A,长边与☉O相切于点B,角尺的直角顶点为C.已知AC=6 cm,CB=8 cm,则☉O的半径为( B )
A. cm B. cm
C. cm D. cm
第5题图 第5题答图
【解析】 如答图,连结OA,OB,过点A作AD⊥OB于点D.
由题意,得OB⊥BC,AC⊥BC,
∴四边形ACBD是矩形,
∴AD=BC=8 cm,BD=AC=6 cm.
设☉O的半径为r(cm).
在Rt△AOD中,OA2=AD2+OD2,
即r2=82+(r-6)2,解得r=,
即☉O的半径为 cm.
6.在Rt△ABC中,∠ACB=90°,AC=8,BC=6.以点C为圆心,r为半径作圆,当所作的圆与斜边AB所在的直线相切时,r的值为 .
7.中国元代数学家朱世杰所著《四元玉鉴》记载有“锁套吞容”之“方田圆池结角池图”.“方田一段,一角圆池占之.”意思是说:“一块正方形田地,在其一角有一个圆形的水池(其中圆与正方形一角的两边均相切,如图所示).”问题:此图中,正方形一条对角线AB与☉O相交于点M,N(点N在点M的右上方).若AB的长度为10丈,☉O的半径为2丈,则BN的长度为 8-2 丈.
第7题图
第7题答图
【解析】 如答图,设正方形的一边与☉O的切点为C,连结OC,则OC⊥AC.
∵四边形是正方形,AB是对角线,
∴∠OAC=45°,∴OA=OC=2丈,
∴BN=AB-AN=AB-AO-ON=10-2-2=(8-2)丈.
8.[2023·河南]如图,PA与☉O相切于点A,PO交☉O于点B,点C在PA上,且CB=CA.若OA=5,PA=12,则CA的长为 .
第8题图
第8题答图
【解析】 如答图,连结OC.
∵PA与☉O相切于点A,∴∠OAP=90°.
∵OA=OB,OC=OC,CA=CB,
∴△OAC≌△OBC(SSS),
∴∠OBC=∠OAP=90°.
在Rt△OAP中,OP==13.
∵S△OAC+S△OCP=S△OAP,
∴OA·AC+OP·BC=OA·AP,
∴OA·AC+OP·BC=OA·AP,
∴5AC+13BC=5×12,
∴AC=BC=.
9.[2024·武汉改编]如图,△ABC为等腰三角形,O是底边BC的中点,腰AC与半圆O相切于点D,底边BC与半圆O相交于E,F两点.
(1)求证:AB与半圆O相切.
(2)若CD=4,CF=2,求半圆O的半径.
第9题图
第9题答图
解:(1)如答图,连结OD,OA,作OH⊥AB于点H.
∵△ABC为等腰三角形,O是底边BC的中点,
∴AO⊥BC,AO平分∠BAC.
∵AC与☉O相切于点D,
∴OD⊥AC.
∵OH⊥AB,∴OH=OD,
∴OH为半圆O的半径,
∴AB与半圆O相切.
(2)由(1)知OD⊥AC.
在Rt△OCD中,CD=4,OC=OF+CF=OD+2,OD2+CD2=OC2,
∴OD2+42=(OD+2)2,
∴OD=3,即半圆O的半径为3.
10.如图,☉O的半径OA=2,B是☉O上的动点(不与点A重合),过点B作☉O的切线BC,BC=OA,连结OC,AC.当△OAC是直角三角形时,其斜边长为 2或2 .
第10题图
第10题答图
【解析】 如答图,连结OB.
∵BC是☉O的切线,
∴∠OBC=90°.
又∵BC=OA=OB,
∴△OBC是等腰直角三角形.
分三种情况讨论:
①当∠AOC=90°时,如答图1,
此时OC=OB=2,
∴AC==2;
②当∠OAC=90°时,如答图2,
同理,△OBC是等腰直角三角形,
∴OC=OB=2;
③当∠OCA=90°时,易知OA>OC>2,不合题意.
综上所述,斜边长为2或2.
11.如图,已知AC为☉O的直径,直线PA与☉O相切于点A,直线PD经过☉O上的点B,且∠CBD=∠CAB,连结OP交AB于点M.求证:
(1)PD是☉O的切线.
(2)AM2=OM·PM.
第11题图
第11题答图
证明:(1)如答图,连结OB.
∵OB=OC,∴∠OCB=∠OBC.
∵AC是☉O的直径,∴∠CBA=90°,
∴∠CAB+∠OCB=90°.
又∵∠CBD=∠CAB,
∴∠CBD+∠OBC=90°,
∴∠OBD=90°,∴PD是☉O的切线.
(2)由(1)知,PD是☉O的切线.
又∵直线PA与☉O相切,
∴OA⊥AP,PO垂直平分AB,
∴∠AMP=∠AMO=90°,
∴∠APM+∠PAM=90°.
∵∠OAP=90°,∴∠PAM+∠OAM=90°,
∴∠APM=∠OAM,∴△OAM∽△APM,
∴,∴AM2=OM·PM.
12.[2024·天津]已知在△AOB中,∠ABO=30°,AB为☉O的弦,直线MN与☉O相切于点C.
(1)如图1,若AB∥MN,直径CE与AB相交于点D,求∠AOB和∠BCE的度数.
(2)如图2,若OB∥MN,CG⊥AB,垂足为G,CG与OB相交于点F,OA=3,求线段OF的长.
第12题图
解:(1)∵OA=OB,∴∠A=∠ABO=30°.
∴∠AOB=180°-2∠ABO=120°.
∵直线MN与☉O相切于点C,CE为☉O的直径,
∴∠ECM=90°.
∵AB∥MN,∴∠CDB=∠ECM=90°,
∴∠BOE=90°-∠ABO=60°,
∴∠BCE=∠BOE=30°.
(2)如答图,连结OC.
第12题答图
同(1),得∠COB=90°.
∵CG⊥AB,∴∠FGB=90°.
又∵∠ABO=30°,∴∠BFG=90°-∠ABO=60°,
∴∠CFO=∠BFG=60°.
在Rt△COF中,tan∠CFO=,OC=OA=3,
∴OF=.
13.[2024·广安]如图,点C在以AB为直径的☉O上,点D在BA的延长线上,∠DCA=∠CBA.
(1)求证:DC是☉O的切线.
(2)G是半径OB上的点,过点G作OB的垂线,与BC相交于点F,与DC的延长线相交于点E.若sin D=,DA=FG=2,求CE的长.
第13题图
第13题答图
解:(1)如答图,连结OC.
∵OB=OC,∴∠OBC=∠OCB.
∵∠DCA=∠OBC,∴∠DCA=∠OCB.
∵AB是☉O的直径,
∴∠ACB=90°,
∴∠DCA+∠OCA=∠OCA+∠OCB=90°,
∴∠OCD=90°,∴DC是☉O的切线.
(2)设OC=OA=r.
∵sin D=,
∴,∴r=8,
∴OC=OA=8.
在Rt△OCD中,CD==6.
∵∠DCA+∠ECF=∠BFG+∠CBA=90°,
∴∠ECF=∠BFG.
又∵∠BFG=∠EFC,∴∠ECF=∠EFC,
∴EC=EF.
设EC=EF=x.
∵∠D=∠D,∠DCO=∠DGE,
∴△DOC∽△DEG,
∴,则,解得x=14.
经检验,x=14是所列方程的解,
∴CE=14.
14.[2024·陕西]如图,直线l与☉O相切于点A,AB是☉O的直径,点C,D在l上,且位于点A两侧,连结BC,BD,分别与☉O相交于点E,F,连结EF,AF.
(1)求证:∠BAF=∠CDB.
(2)若☉O的半径r=6,AD=9,AC=12,求EF的长.
第14题图
解:(1)∵直线l与☉O相切于点A,AB是☉O的直径,
∴AB⊥CD,∴∠BAC=∠BAD=90°.
∵AB是☉O的直径,
∴∠AFB=90°,
∴∠BAF+∠ABD=90°,∠CDB+∠ABD=90°,
∴∠BAF=∠CDB.
(2)在Rt△ABD中,∵AB=2r=12,AD=9,
∴BD==15.
在Rt△ABC中,∵AB=12,AC=12,
∴BC==12.
∵∠ABF=∠DBA,∠AFB=∠BAD,
∴△BAF∽△BDA,
∴BF∶BA=BA∶BD,即BF∶12=12∶15,
解得BF=.
∵∠BEF=∠BAF,∠BAF=∠CDB,
∴∠BEF=∠CDB.
又∵∠EBF=∠DBC,∴△BEF∽△BDC,
∴EF∶CD=BF∶BC,即EF∶21=∶12,
解得EF=.
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