内容正文:
第6讲 圆与垂径定理
课程目标
1. 理解圆的有关概念和圆的对称性;
2. 能应用圆半径、直径、弧、弦、弦心距的关系,�圆的对称性进行计算或证明;
3. 养成学生之间发现问题、探讨问题、解决问题的习惯.
4. 理解圆的对称性;
5. 掌握垂径定理及其推论;
6. 学会运用垂径定理及其推论解决有关的计算、证明和作图问题.
精讲精练
模块一 圆的相关概念
知识概述
一、圆的定义及性质
1. 圆的定义
(1)动态:如图,在一个平面内,线段OA绕它固定的一个端点O旋转一周,另一个端点A随之旋转所形成的图形叫做圆,固定的端点O叫做圆心,线段OA叫做 . 以点O为圆心的圆,记作“ ”,读作“圆O”.
要点诠释:
1 圆心确定圆的 ,半径确定圆的 ;确定一个圆应先确定圆心,再确定半径,二者缺一不可;
②圆是一条封闭曲线.
(2)静态:圆心为O,半径为r的圆是平面内 的集合.
要点诠释:
①定点为圆心,定长为半径;
②圆指的是圆周,而不是圆面;
③强调“在一个平面内”是非常必要的,事实上,在空间中,到定点的距离等于定长的点的集合是球面,一个闭合的曲面.
2.圆的性质
①旋转不变性:圆是旋转对称图形,绕圆心旋转任一角度都和原来图形重合;圆是 图形,对称中心是 ;
2 圆是 图形:任何一条直径 都是它的对称轴.或者说,经过圆心的任何一条 都是圆的对称轴.
要点诠释:
1 圆有 条对称轴;
②因为直径是弦,弦又是线段,而对称轴是 ,所以不能说“圆的对称轴是直径”,而应该说“圆的对称轴是直径所在的直线”.
3.两圆的性质
两个圆组成的图形是一个轴对称图形,对称轴是两圆连心线(经过两圆圆心的直线叫做两圆连心线).
二、与圆有关的概念
1. 弦
弦: 叫做弦.
直径:经过 叫做直径.
弦心距: 叫做弦心距.
要点诠释:
直径是圆中通过圆心的特殊弦,也是圆中 ,即直径是弦,但弦不一定是直径.
为什么直径是圆中最长的弦?如图,AB是⊙O的直径,CD是⊙O中任意一条弦,求证:AB≥CD.
证明:连结OC、OD
∵AB=AO+OB=CO+OD≥CD(当且仅当CD过圆心O时,取“=”号)
∴直径AB是⊙O中最长的弦.
2. 弧
弧: 叫做圆弧,简称弧.以A、B为端点的弧记作,读作“圆弧AB”或“弧AB”.
半圆:圆的任意一条直径的两个端点把圆分成两条弧, 都叫做半圆;
优弧: 的弧叫做优弧;
劣弧: 的弧叫做劣弧.
要点诠释:
①半圆是弧,而弧不一定是半圆;
②无特殊说明时,弧指的是劣弧.
3.同心圆与等圆
圆心相同,半径不等的两个圆叫做同心圆.
圆心不同,半径相等的两个圆叫做等圆.同圆或等圆的半径相等.
4.等弧
在同圆或等圆中, 叫做等弧.
要点诠释:
①等弧成立的前提条件是在同圆或等圆中,不能忽视;
②圆中两平行弦所夹的弧相等.
例题精讲
【例1】 判断:
(1)直径是弦,弦是直径 ( )
(2)半圆是圆弧 ( )
(3)长度相等的弧是等弧 ( )
(4)能够重合的弧是等弧 ( )
(5)圆弧分为优弧和劣弧 ( )
(6)优弧一定大于劣弧 ( )
(7)半径相等的圆是等圆 ( )
【例2】 车轮要做成圆形,实际上就是根据圆的特征( )
A.同弧所对的圆周角相等
B.直径是圆中最大的弦
C.圆上各点到圆心的距离相等
D.圆是中心对称图形
【例3】 设想有一根铁丝套在地球的赤道上,刚好拉紧后,又放长了米,并使得铁丝均匀地离开地面.则下面说法中比较合理的是( )
A.你只能塞过一张纸
B.你只能塞过一只书包
C.你能钻过铁丝
D.你能直起身体走过铁丝
【例4】 已知:如图,矩形ABCD的对角线AC与BD相交于点O,求证:点A、B、C、D在以点O为圆心的同一个圆上.
【例5】 圆O所在平面上的一点P到圆O上的点的最大距离是10,最小距离是2,求此圆的半径是多少?
【例6】 如图,⊙O的直径为10,弦AB=8,P是弦AB上的一个动点,那么OP的长的取值范围是 .
【练1】 下列说法中,结论错误的是( )
A.直径相等的两个圆是等圆
B.长度相等的两条弧是等弧
C.圆中最长的弦是直径
D.一条弦把圆分成两条弧,这两条弧可能是等弧
【练2】 过圆上一点可以做出圆的最长弦的条数是( )
A.1条
B.2条
C.3条
D.无数条
【练3】 如图,的直径与弦的延长线交于点,若,,则 .
【练4】 如图,两个半径都是的圆外切于点,一只蚂蚁由点开始依的顺序沿着圆周上的段长度相等的路径绕行,蚂蚁在这段路径上不断地爬行,直到行走后才停下来,请问这只蚂蚁停在哪一个点?
【练5】 如图,点、、、、在一条直线上,是半圆的直径,是半圆的直径,两半圆相交于点,连接,,若,则
【练6】 平面上的一个点到圆的最小距离是4cm,最大距离是9cm,则圆的半径是( ).
A.2.5cm B.6.5cm C. 2.5cm或6.5cm D. 5cm或13cm
【练7】 已知⊙O的半径为13,弦AB=24,P是弦AB上的一个动点,则OP的取值范围是___ ____.
模块二 垂径定理
知识概述
一、垂径定理
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.推论
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.
要点诠释:
(1)垂径定理是由两个条件推出两个结论,即
(2)这里的直径也可以是半径,也可以是过圆心的直线或线段.
二、垂径定理的拓展
根据圆的对称性及垂径定理还有如下结论:
平分弦(该弦不是直径)的直径垂直于弦,并且平分弦所对的两条弧;
弦的垂直平分线经过圆心,并且平分弦所对的两条弧;
平分弦所对的一条弧的直径,垂直平分弦,并且平分弦所对的另一条弧.
圆的两条平行弦所夹的弧相等.
要点诠释:
在垂径定理及其推论中:过圆心、垂直于弦、平分弦、平分弦所对的优弧、平分弦所对的劣弧,在这五个条件中,知道任意两个,就能推出其他三个结论.(注意:“过圆心、平分弦”作为题设时,平分的弦不能是直径)
例题精讲
【例1】 半径为8的圆内,垂直平分半径的弦长是________.
【例2】 如图,在⊙O中,半径OC与弦AB垂直于点D,且AB=16,OC=10,则CD的长是________.
【例3】 如图,圆弧形桥拱的跨度AB=16m,拱高CD=4m,则圆弧形桥拱所在圆的半径为( )
A.6m
B.8m
C.10m
D.12m
【例4】 《九章算术》是中国传统数学重要的著作,奠定了中国传统数学的基本框架.《九章算术》中记载:“今有圆材,埋在壁中,不知大小,以锯锯之,深一寸,锯道长一尺,间径几何?”(如图①)
阅读完这段文字后,小智画出了一个圆柱截面示意图(如图②,其中于点,求间径就是要求⊙的直径.
再次阅读后,发现________寸,________寸(一尺等于十寸),通过运用有关知识即可解决这个问题.请你补全题目条件,并帮助小智求出⊙的直径.
【例5】 工程上常用钢珠来测量零件上小圆孔的宽口,假设钢珠的直径是10mm,测得钢珠顶端离零件表面的距离为8mm,如图所示,则这个小圆孔的宽口AB的长度为________mm.
【例6】 如图,⊙O的两条弦AB、CD互相垂直,垂足为E,且AB=CD,已知CE=1,ED=3,则⊙O的半径是 .
【例7】 已知:⊙O的半径为10cm,弦AB∥CD,AB=12cm,CD=16cm,求AB、CD间的距离.
【练1】 如图,⊙O的弦AB垂直半径OC于点D,∠CBA=30°,OC=3cm,则弦AB的长为( )
A.9cm
B.3cm
C.cm
D.cm
【练2】 如图,内接于,为线段的中点,延长交于点,连接,,则下列五个结论,,正确结论的是
【练3】 如图,当圆形桥孔中的水面宽度AB为8米时,弧ACB恰为半圆.当水面上涨1米时,桥孔中的水面宽度为( )
A.米
B.米
C.米
D.不能计算
【练4】 如图,在梯形中,,,,.以上一点为圆心的圆经过、两点,且,则圆心到弦的距离是多少?
【练5】 如图,AD是⊙O的直径.
(1)如图①,垂直于AD的两条弦B1C1,B2C2把圆周4等分,则∠B1的度数是____°,∠B2的度数是____°;
(2)如图②,垂直于AD的三条弦B1C1,B2C2,B3C3把圆周6等分,分别求∠B1,∠B2,∠B3的度数;
(3)如图③,垂直于AD的n条弦B1C1,B2C2,B3C3,…,BnCn把圆周2n等分,请你用含n的代数式表示∠Bn的度数(只需直接写出答案).
【练6】 如图所示,⊙O两弦AB、CD垂直相交于H,AH=4,BH=6,CH=3,DH=8,求⊙O半径.
【练7】 如图,⊙O直径AB和弦CD相交于点E,AE=2,EB=6,∠DEB=30°,求弦CD长.
【练8】 在⊙O中,直径MN⊥AB,垂足为C,MN=10,AB=8,则MC=_________.
附加题
【练1】 如图,已知圆O的直径AB垂直于弦CD于点E,连接CO并延长交AD于点F,且CF⊥AD.
(1)证明:点E是OB的中点;
(2)若AB=8,求CD的长.
【练2】 如图,⊙O的两条弦AB、CD交于点E,OE平分∠BED.
(1)求证:AB=CD;
(2)若∠BED=60°,EO=2,求DE﹣AE的值.
一课一练
【练1】 下列说法正确的有( )
①在同圆或等圆中能够完全重合的弧叫等弧;②在同一平面内,圆是到定点距离等于定长的点的集合;③度数相等的弧叫做等弧;④优弧大于劣弧;⑤直角三角形的外心是其斜边中点.
A.①②③④⑤
B.①②⑤
C.①②③⑤
D.②④⑤
【练2】 如图,⊙O的直径为10cm,弦AB=8cm,P是弦AB上的一个动点,则OP的长度范围为____cm≤OP≤____cm.
【练3】 如图,已知四边形ABCD是边长为4的正方形,以AB为直径向正方形内作半圆,P为半圆上一动点(不与A、B重合),当PA= 时,△PAD为等腰三角形.
【练4】 如图,⊙O的直径为10cm,弦AB=8cm,P是弦AB上的一个动点,则OP的长度范围为____cm≤OP≤____cm.
【练5】 如图所示,已知AB为⊙O的直径,CD是弦,且AB⊥CD于点E,连接AC、OC、BC.
(1)求证:∠ACO=∠BCD;
(2)若EB=8,CD=24,求⊙O的直径.
【练6】 如图,已知圆O的半径为5,AB⊥CD,垂足为P,且AB=CD=8,则OP的长为( )
A.3
B.4
C.
D.
【练7】 如图,用一块直径为a的圆桌布平铺在对角线长为a的正方形桌面上,若四周下垂的最大长度相等,则桌布下垂的最大长度x为____________.
【练8】 在半径为5cm的圆内有两条互相平行的弦,一条弦长为8cm,另一条弦长为6cm,则两弦之间的距离为_______cm。
【练9】 如图,圆中两条弦AB、CD相交于点E,且AB=CD,求证:EB=EC.
【练10】 在⊙O中,点C是劣弧AB的中点,则线段AB和线段AC的大小为( )
A.
B.
C.
D.无法确定
课后作业
【练1】 下列说法正确的是( )
A.弦是直径 B.弧是半圆
C.半圆是弧 D.通过圆心的线段是直径
【练2】 下列语句中,不正确的个数是( )
①弦是直径 ②半圆是弧 ③长度相等的弧是等弧 ④经过圆内一点可以作无数条直径
A.1 B.2 C.3 D.4
【练3】
如图,中,点,,以及点,,分别在一条直线上,图中弦的条数有( )
A.条 B.条 C.条 D.条
【练4】 如图,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______个.
【练5】 如图,点A、D、G、M在半圆O上,四边形ABOC、DEOF、HMNO均为矩形,设BC=a,EF=b,NH=c,则a、b、c的大小是_________.
【练6】 如图,MN为⊙O的弦,∠M=50°,则∠MON等于________.
【练7】 P为⊙O内一点,OP=3cm,⊙O的半径为5cm,则经过P点的最短弦长为_____cm,最长弦长为_____cm.
【练8】 如图,在△ABC中,∠ACB=90°,∠A=40°;以C为圆心、CB为半径的圆交AB于点D,求∠ACD的度数.
【练9】
如图所示,为的一条弦,点为上一动点,且,点,分别是,的中点,直线与交于,两点,若的半径为7,求的最大值.
【练10】 如图,点E为⊙O的直径AB上一个动点,点C、D在下半圆AB上(不含A、B两点),且∠CED=∠OED=60°,连OC、OD
(1)求证:∠C=∠D;
(2)若⊙O的半径为r,请直接写出CE+ED的变化范围.
【练11】 如图所示,在⊙O中,CD是直径,AB是弦,AB⊥CD于M,CD=10cm,OM:OC=3:5,求弦AB的长.
【练12】 如图,在⊙O中,直径AB=10,弦CD⊥AB,垂足为E,BE=2,求弦CD的长.
【练13】
如图,⊙的半径为,为弦,,交于点,交⊙于点,.求弦的长.
【练14】 如图,四边形ABCD是矩形,以AD为直径的⊙O交BC边于点E、F,AB=4,AD=12.
求线段EF的长.
【练15】
如图,有一座圆弧形拱桥,它的跨度为,拱高为,当洪水泛滥到跨度只有时,就要采取紧急措施,若某次洪水中,拱顶离水面只有,即时,试通过计算说明是否需要采取紧急措施.
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第9讲 圆与垂径定理
课程目标
1. 理解圆的有关概念和圆的对称性;
2. 能应用圆半径、直径、弧、弦、弦心距的关系,�圆的对称性进行计算或证明;
3. 养成学生之间发现问题、探讨问题、解决问题的习惯.
4. 理解圆的对称性;
5. 掌握垂径定理及其推论;
6. 学会运用垂径定理及其推论解决有关的计算、证明和作图问题.
精讲精练
模块一 圆的相关概念
知识概述
一、圆的定义及性质
1. 圆的定义
(1)动态:如图,在一个平面内,线段OA绕它固定的一个端点O旋转一周,另一个端点A随之旋转所形成的图形叫做圆,固定的端点O叫做圆心,线段OA叫做半径. 以点O为圆心的圆,记作“⊙O”,读作“圆O”.
要点诠释:
①圆心确定圆的位置,半径确定圆的大小;确定一个圆应先确定圆心,再确定半径,二者缺一不可;
②圆是一条封闭曲线.
(2)静态:圆心为O,半径为r的圆是平面内到定点O的距离等于定长r的点的集合.
要点诠释:
①定点为圆心,定长为半径;
②圆指的是圆周,而不是圆面;
③强调“在一个平面内”是非常必要的,事实上,在空间中,到定点的距离等于定长的点的集合是球面,一个闭合的曲面.
2.圆的性质
①旋转不变性:圆是旋转对称图形,绕圆心旋转任一角度都和原来图形重合;圆是中心对称图形,对称中心是圆心;
②圆是轴对称图形:任何一条直径所在直线都是它的对称轴.或者说,经过圆心的任何一条直线都是圆的对称轴.
要点诠释:
①圆有无数条对称轴;
②因为直径是弦,弦又是线段,而对称轴是直线,所以不能说“圆的对称轴是直径”,而应该说“圆的对称轴是直径所在的直线”.
3.两圆的性质
两个圆组成的图形是一个轴对称图形,对称轴是两圆连心线(经过两圆圆心的直线叫做两圆连心线).
二、与圆有关的概念
1. 弦
弦:连结圆上任意两点的线段叫做弦.
直径:经过圆心的弦叫做直径.
弦心距:圆心到弦的距离叫做弦心距.
要点诠释:
直径是圆中通过圆心的特殊弦,也是圆中最长的弦,即直径是弦,但弦不一定是直径.
为什么直径是圆中最长的弦?如图,AB是⊙O的直径,CD是⊙O中任意一条弦,求证:AB≥CD.
证明:连结OC、OD
∵AB=AO+OB=CO+OD≥CD(当且仅当CD过圆心O时,取“=”号)
∴直径AB是⊙O中最长的弦.
2. 弧
弧:圆上任意两点间的部分叫做圆弧,简称弧.以A、B为端点的弧记作,读作“圆弧AB”或“弧AB”.
半圆:圆的任意一条直径的两个端点把圆分成两条弧,每一条弧都叫做半圆;
优弧:大于半圆的弧叫做优弧;
劣弧:小于半圆的弧叫做劣弧.
要点诠释:
①半圆是弧,而弧不一定是半圆;
②无特殊说明时,弧指的是劣弧.
3.同心圆与等圆
圆心相同,半径不等的两个圆叫做同心圆.
圆心不同,半径相等的两个圆叫做等圆.同圆或等圆的半径相等.
4.等弧
在同圆或等圆中,能够完全重合的弧叫做等弧.
要点诠释:
①等弧成立的前提条件是在同圆或等圆中,不能忽视;
②圆中两平行弦所夹的弧相等.
例题精讲
【例1】 判断:
(1)直径是弦,弦是直径 ( )
(2)半圆是圆弧 ( )
(3)长度相等的弧是等弧 ( )
(4)能够重合的弧是等弧 ( )
(5)圆弧分为优弧和劣弧 ( )
(6)优弧一定大于劣弧 ( )
(7)半径相等的圆是等圆 ( )
【答案】(2)(4)
【解析】(1)直径是弦,但弦不一定是直径,故(1)错误;(2)正确;(3)长度相等的弧可以不是等弧,故(3)错误;(4)正确;(5)圆弧分为优弧、劣弧、半圆
【例2】 车轮要做成圆形,实际上就是根据圆的特征( )
A.同弧所对的圆周角相等
B.直径是圆中最大的弦
C.圆上各点到圆心的距离相等
D.圆是中心对称图形
【答案】 C
【解析】车轮做成圆形是为了在行进过程中保持和地面的高度不变,
是利用了圆上各点到圆心的距离相等.
【例3】 设想有一根铁丝套在地球的赤道上,刚好拉紧后,又放长了米,并使得铁丝均匀地离开地面.则下面说法中比较合理的是( )
A.你只能塞过一张纸
B.你只能塞过一只书包
C.你能钻过铁丝
D.你能直起身体走过铁丝
【答案】 D
【解析】,
【例4】 已知:如图,矩形ABCD的对角线AC与BD相交于点O,求证:点A、B、C、D在以点O为圆心的同一个圆上.
【答案与解析】
∵四边形ABCD是矩形,
∴OA=OC,OB=OD,AC=BD,
∴OA=OC=OB=OD,
∴点A、B、C、D在以点O为圆心、OA为半径的圆上.
【总结升华】要证几个点在同一个圆上,只能依据圆的定义,去说明这些点到平面内某一点的距离相等.
【例5】 圆O所在平面上的一点P到圆O上的点的最大距离是10,最小距离是2,求此圆的半径是多少?
【答案与解析】
如图所示,分两种情况:
(1)当点P为圆O内一点(如图1),过点P作圆O的直径,分别交圆O于A、B两点,
由题意可得P到圆O最大距离为10,最小距离为2,则AP=2,BP=10,
所以圆O的半径为.
图1 图2
(2)当点P在圆外时(如图2),作直线OP,分别交圆O于A、B,由题可得P到圆O最大距离为10,最小距离为2,则BP=10,AP=2,所以圆O的半径.
综上所述,所求圆的半径为6或4.
【总结升华】题目中说到最大距离和最小距离,我们首先想到的就是直径,然后过点P做圆的直径,得到圆的半径.通常情况下,我们进行的都是在圆内的有关计算,这逐渐成为一种习惯,使得我们一看到题首先想到的就是圆内的情况,而忽略了圆外的情况,所以经常会出现漏解的情况.这也是本题想要提醒大家的地方.体现分类讨论的思想.
【例6】 如图,⊙O的直径为10,弦AB=8,P是弦AB上的一个动点,那么OP的长的取值范围是 .
【答案】3≤OP≤5.
【解析】OP最长边应是半径长,为5;
根据垂线段最短,可得到当OP⊥AB时,OP最短.
∵直径为10,弦AB=8
∴∠OPA=90°,OA=5,由圆的对称性得AP=4,
由勾股定理得OP=,∴OP最短为3.
∴OP的长的取值范围是3≤OP≤5.
【总结升华】关键是知道OP何时最长与最短.
【练1】 下列说法中,结论错误的是( )
A.直径相等的两个圆是等圆
B.长度相等的两条弧是等弧
C.圆中最长的弦是直径
D.一条弦把圆分成两条弧,这两条弧可能是等弧
【答案】 B
【解析】A、直径相等的两个圆是等圆,正确,不符合题意;
B、长度相等的两条弧圆周角不一定相等,它们不一定是等弧,原题的说法是错误的,符合题意;
C、圆中最长的弦是直径,正确,不符合题意;
D、一条弦把圆分成两条弧,这两条弧是等弧,正确,不符合题意,
【练2】 过圆上一点可以做出圆的最长弦的条数是( )
A.1条
B.2条
C.3条
D.无数条
【答案】 A
【解析】过圆上一点只能做一条最长的弦为直径.
【练3】 如图,的直径与弦的延长线交于点,若,,则 .
【答案】
【解析】连接,共能得到两个等腰三角形,为的2倍,继而由外角得到.
【练4】 如图,两个半径都是的圆外切于点,一只蚂蚁由点开始依的顺序沿着圆周上的段长度相等的路径绕行,蚂蚁在这段路径上不断地爬行,直到行走后才停下来,请问这只蚂蚁停在哪一个点?
【答案】D点
【解析】利用周长公式计算,再根据相邻两点间的路程计算走了整圈后,又走了几个点.
【练5】 如图,点、、、、在一条直线上,是半圆的直径,是半圆的直径,两半圆相交于点,连接,,若,则 .
【答案】
【解析】是的一个外角,欲求即求,连接利用圆中的等腰三角形即可求出.
【练6】 平面上的一个点到圆的最小距离是4cm,最大距离是9cm,则圆的半径是( ).
A.2.5cm B.6.5cm C. 2.5cm或6.5cm D. 5cm或13cm
【答案】C.
【练7】 已知⊙O的半径为13,弦AB=24,P是弦AB上的一个动点,则OP的取值范围是___ ____.
【答案】 OP最大为半径,最小为O到AB的距离.所以5≤OP≤13.
模块二 垂径定理
知识概述
一、垂径定理
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.推论
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.
要点诠释:
(1)垂径定理是由两个条件推出两个结论,即
(2)这里的直径也可以是半径,也可以是过圆心的直线或线段.
二、垂径定理的拓展
根据圆的对称性及垂径定理还有如下结论:
平分弦(该弦不是直径)的直径垂直于弦,并且平分弦所对的两条弧;
弦的垂直平分线经过圆心,并且平分弦所对的两条弧;
平分弦所对的一条弧的直径,垂直平分弦,并且平分弦所对的另一条弧.
圆的两条平行弦所夹的弧相等.
要点诠释:
在垂径定理及其推论中:过圆心、垂直于弦、平分弦、平分弦所对的优弧、平分弦所对的劣弧,在这五个条件中,知道任意两个,就能推出其他三个结论.(注意:“过圆心、平分弦”作为题设时,平分的弦不能是直径)
例题精讲
【例1】 半径为8的圆内,垂直平分半径的弦长是________.
【答案】
【解析】连接OA,如图所示:
在直角△OAD中,
∵OA=4cm,OD=2cm,
∴,
∵OC⊥AB,
∴.
【例2】 如图,在⊙O中,半径OC与弦AB垂直于点D,且AB=16,OC=10,则CD的长是________.
【答案】4
【解析】连接OA,
设CD=x,
∵OA=OC=10,
∴OD=10-x,
∵OC⊥AB,
∴由垂径定理可知:AB=16,
由勾股定理可知:102=82+(10-x)2
∴x=4,
∴CD=4
【例3】 如图,圆弧形桥拱的跨度AB=16m,拱高CD=4m,则圆弧形桥拱所在圆的半径为( )
A.6m
B.8m
C.10m
D.12m
【答案】 C
【解析】如图,
设OA=r,则OD=r-4,
∵AB=16m,
∴AD=8m.
在Rt△AOD中,
∵OD2+AD2=OA2,即(r-4)2+82=r2,解得r=10(m).
【例4】 《九章算术》是中国传统数学重要的著作,奠定了中国传统数学的基本框架.《九章算术》中记载:“今有圆材,埋在壁中,不知大小,以锯锯之,深一寸,锯道长一尺,间径几何?”(如图①)
阅读完这段文字后,小智画出了一个圆柱截面示意图(如图②,其中于点,求间径就是要求⊙的直径.
再次阅读后,发现________寸,________寸(一尺等于十寸),通过运用有关知识即可解决这个问题.请你补全题目条件,并帮助小智求出⊙的直径.
【答案】1;10;连接;26寸
【解析】根据题意得:寸,寸;
连接,如图所示:
∵,
∴.
设寸,则寸,
在中,,
∴.
∴.
解得:,
∴⊙的直径为26寸.
【例5】 工程上常用钢珠来测量零件上小圆孔的宽口,假设钢珠的直径是10mm,测得钢珠顶端离零件表面的距离为8mm,如图所示,则这个小圆孔的宽口AB的长度为________mm.
【答案】8
【解析】连接OA,过点O作OD⊥AB于点D,则AB=2AD,
∵钢珠的直径是10mm,
∴钢珠的半径是5mm,
∵钢珠顶端离零件表面的距离为8mm,
∴OD=3mm,
在Rt△AOD中,
∵mm,
∴AB=2AD=2×4=8mm.
【例6】 如图,⊙O的两条弦AB、CD互相垂直,垂足为E,且AB=CD,已知CE=1,ED=3,则⊙O的半径是 .
【答案】.
【解析】
作OM⊥AB于M、ON⊥CD于N,连结OA,
∵AB=CD,CE=1,ED=3,
∴OM=EN=1,AM=2,
∴OA=.
【点评】对于垂径定理的使用,一般多用于解决有关半径、弦长、弦心距之间的运算(配合勾股定理)问题.
【例7】 已知:⊙O的半径为10cm,弦AB∥CD,AB=12cm,CD=16cm,求AB、CD间的距离.
【思路点拨】
在⊙O中,两平行弦AB、CD间的距离就是它们的公垂线段的长度,若分别作弦AB、CD的弦心距,则可用弦心距的长表示这两条平行弦AB、CD间的距离.
【答案与解析】
(1)如图1,当⊙O的圆心O位于AB、CD之间时,作OM⊥AB于点M,
并延长MO,交CD于N点.分别连结AO、CO.
∵AB∥CD
∴ON⊥CD,即ON为弦CD的弦心距.
∵AB=12cm,CD=16cm,AO=OC=10cm,
=8+6
=14(cm)
图1 图2
(2)如图2所示,当⊙O的圆心O不在两平行弦AB、CD之间(即弦AB、CD在圆心O的同侧)时,
同理可得:MN=OM-ON=8-6=2(cm)
∴⊙O中,平行弦AB、CD间的距离是14cm或2cm.
【点评】解这类问题时,要按平行线与圆心间的位置关系,分类讨论,千万别丢解.
【练1】 如图,⊙O的弦AB垂直半径OC于点D,∠CBA=30°,OC=3cm,则弦AB的长为( )
A.9cm
B.3cm
C.cm
D.cm
【答案】 A
【解析】∵∠CBA=30°,
∴∠AOC=2∠CBA=60°,
∵AB⊥OC,
∴∠ADO=90°,
∴∠OAD=30°,
∴OD=OA=×3=(cm),
由勾股定理得:AD==4.5cm,
∵AB⊥OC,OC过O,
∴AB=2AD=9(cm),
【练2】 如图,内接于,为线段的中点,延长交于点,连接,,则下列五个结论,,正确结论的是
【答案】①②⑤
【解析】∵是的半径,且是的中点,,;(故①⑤正确)∴;(故②正确)
【练3】 如图,当圆形桥孔中的水面宽度AB为8米时,弧ACB恰为半圆.当水面上涨1米时,桥孔中的水面宽度为( )
A.米
B.米
C.米
D.不能计算
【答案】 B
【解析】设圆的圆心是O,作弦的弦心距OE,连接.
根据题意,得在直角三角形中,,.
根据勾股定理得.
再根据垂径定理得.
【练4】 如图,在梯形中,,,,.以上一点为圆心的圆经过、两点,且,则圆心到弦的距离是多少?
【答案】
【解析】如图,作,垂足为,,垂足为,则四边形是矩形。
∵ ∴
又∵ ∴
∴∵
∴ ∴
又∵ ∴
∴∴
∵四边形是矩形 ∴
又∵ ∴在中,
又∵在 ∴是等腰直角三角形
又∵ ∴
【练5】 如图,AD是⊙O的直径.
(1)如图①,垂直于AD的两条弦B1C1,B2C2把圆周4等分,则∠B1的度数是____°,∠B2的度数是____°;
(2)如图②,垂直于AD的三条弦B1C1,B2C2,B3C3把圆周6等分,分别求∠B1,∠B2,∠B3的度数;
(3)如图③,垂直于AD的n条弦B1C1,B2C2,B3C3,…,BnCn把圆周2n等分,请你用含n的代数式表示∠Bn的度数(只需直接写出答案).
【答案】(1)22.5 ;67.5(2)∠B1=15°;∠B2=45°;∠B3=75°(3)∠Bn=(90-)°
【解析】(1)垂直于AD的两条弦B1C1,B2C2把圆周4等分,则是圆的,因而度数是45°,因而∠B1的度数是22.5°,同理的度数是135度,因而,∠B2的度数是67.5°;(4分)
(2)∵圆周被6等分
∴(1分)
∵直径AD⊥B1C1
∴==30°,
∴∠B1==15°(1分)
∠B2==×(30°+60°)=45°(1分)
∠B3==×(30°+60°+60°)=75°;(1分)
(3)BnCn把圆周2n等分,则弧的度数是:,
则∠BnAD=,
在直角△ABnD中,∠Bn=90°-=(90-)°
【练6】 如图所示,⊙O两弦AB、CD垂直相交于H,AH=4,BH=6,CH=3,DH=8,求⊙O半径.
【答案】如图所示,过点O分别作OM⊥AB于M,ON⊥CD于N,则四边形MONH为矩形,连结OB,
∴
,
,
∴ 在Rt△BOM中,.
【练7】 如图,⊙O直径AB和弦CD相交于点E,AE=2,EB=6,∠DEB=30°,求弦CD长.
【答案与解析】解:过O作OF⊥CD,交CD于点F,连接OD,
∴F为CD的中点,即CF=DF,
∵AE=2,EB=6,
∴AB=AE+EB=2+6=8,
∴OA=4,
∴OE=OA﹣AE=4﹣2=2,
在Rt△OEF中,∠DEB=30°,
∴OF=OE=1,
在Rt△ODF中,OF=1,OD=4,
根据勾股定理得:DF==,
则CD=2DF=2.
【练8】 在⊙O中,直径MN⊥AB,垂足为C,MN=10,AB=8,则MC=_________.
【答案】2或8.
附加题
【练1】 如图,已知圆O的直径AB垂直于弦CD于点E,连接CO并延长交AD于点F,且CF⊥AD.
(1)证明:点E是OB的中点;
(2)若AB=8,求CD的长.
【答案】(1)见解析;(2)
【分析】
(1)要证明:E是OB的中点,只要求证OE=OB=OC,即证明∠OCE=30°即可;
(2)在直角△OCE中,根据勾股定理就可以解得CE的长,进而求出CD的长.
【详解】
(1)证明:连接AC,如图
∵直径AB垂直于弦CD于点E,
∴,AC=AD,
∵过圆心O的线CF⊥AD,
∴AF=DF,即CF是AD的中垂线,
∴AC=CD,
∴AC=AD=CD.
即:△ACD是等边三角形,
∴∠FCD=30°,
在Rt△COE中,OE=OC,
∴OE=OB,
∴点E为OB的中点;
(2)解:在Rt△OCE中,AB=8
∴OC=AB=4,
又∵BE=OE,
∴OE=2,
∴CE=,
∴CD=2CE=.
【点睛】
本题考查了垂径定理、勾股定理、中垂线性质、30°所对的直角边是斜边的一半,等边三角形的判定和性质.解此类题一般要把半径、弦心距、弦的一半构建在一个直角三角形里,运用勾股定理求解.
【练2】 如图,⊙O的两条弦AB、CD交于点E,OE平分∠BED.
(1)求证:AB=CD;
(2)若∠BED=60°,EO=2,求DE﹣AE的值.
【答案】(1)证明见解析;(2) .
【详解】
试题分析:(1)过点O作AB、CD的垂线,垂足为M、N,由角平分线的性质,可得OM=ON,然后由弦心距相等可得弦相等,即AB=CD;
(2)由(1)可得,OM=ON,AB=CD,OM⊥AB,ON⊥CD,由垂径定理可得DN=CN=AM=BM,由HL可证Rt△EON≌Rt△EOM,继而可得NE=ME,
从而得AE=CE, DE-AE=DE-CE=DN+NE-CE=CN+NE-CE=2NE,在Rt△EON中,由∠NEO=30°,OE=2,即可求出NE.
试题解析:(1)过点O作AB、CD的垂线,垂足为M、N,如图1,
∵OE平分∠BED,且OM⊥AB,ON⊥CD,∴OM=ON,∴AB=CD;
(2)如图2所示,由(1)知,OM=ON,AB=CD,OM⊥AB,ON⊥CD,∴DN=CN=AM=BM,在Rt△EON与Rt△EOM中,∵,∴Rt△EON≌Rt△EOM(HL),∴NE=ME,∴CD﹣DN﹣NE=AB﹣BM﹣ME,即AE=CE,∴DE﹣AE=DE﹣CE=DN+NE﹣CE=CN+NE﹣CE=2NE,∵∠BED=60°,OE平分∠BED,∴∠NEO= ∠BED=30°,∴ON=OE=1,在Rt△EON中,由勾股定理得:NE==,∴DE﹣AE=2NE=2.
一课一练
【练1】 下列说法正确的有( )
①在同圆或等圆中能够完全重合的弧叫等弧;②在同一平面内,圆是到定点距离等于定长的点的集合;③度数相等的弧叫做等弧;④优弧大于劣弧;⑤直角三角形的外心是其斜边中点.
A.①②③④⑤
B.①②⑤
C.①②③⑤
D.②④⑤
【答案】 B
【解析】①在同圆或等圆中能够完全重合的弧叫等弧正确;
②在同一平面内,圆是到定点距离等于定长的点的集合,正确;
③度数相等的弧叫做等弧,错误;
④同圆中优弧大于劣弧,故原命题错误;
⑤直角三角形的外心是其斜边中点,正确.
【练2】 如图,⊙O的直径为10cm,弦AB=8cm,P是弦AB上的一个动点,则OP的长度范围为____cm≤OP≤____cm.
【答案】3;5
【解析】
过点O作OE⊥AB于点E,连接OB,
∵AB=8cm,
∴AE=BE=AB=×8=4cm,
∵⊙O的直径为10cm,
∴OB=×10=5cm,
∴OE===3cm,
∵垂线段最短,半径最长,
∴3cm≤OP≤5cm.
【练3】 如图,已知四边形ABCD是边长为4的正方形,以AB为直径向正方形内作半圆,P为半圆上一动点(不与A、B重合),当PA= 时,△PAD为等腰三角形.
【答案】或4或
【解析】①当PA=PD时,
此时P位于四边形ABCD的中心,
过点P作PE⊥AD于E,作PM⊥AB于M,
则四边形EAMP是正方形,
∴PM=PE=AB=2,
∵PM2=AM•BM=4,
∵AM+BM=4,
∴AM=2,
∴PA=2,
②当PA=AD时,PA=4;
③当PD=DA时,以点D为圆心,DA为半径作圆与弧AB的交点为点P.
连PD,令AB中点为O,再连DO,PO,DO交AP于点G,
则△ADO≌△PDO,
∴DO⊥AP,AG=PG,
∴AP=2AG,
又∵DA=2AO,
∴AG=2OG,
设AG为2x,OG为x,
∴(2x)2+x2=4,
∴x=,
∴AG=2x=,
∴PA=2AG=;
∴PA=2或4或,
故答案为:2或4或.
【练4】 如图,⊙O的直径为10cm,弦AB=8cm,P是弦AB上的一个动点,则OP的长度范围为____cm≤OP≤____cm.
【答案】3;5
【解析】
过点O作OE⊥AB于点E,连接OB,
∵AB=8cm,
∴AE=BE=AB=×8=4cm,
∵⊙O的直径为10cm,
∴OB=×10=5cm,
∴OE===3cm,
∵垂线段最短,半径最长,
∴3cm≤OP≤5cm.
【练5】 如图所示,已知AB为⊙O的直径,CD是弦,且AB⊥CD于点E,连接AC、OC、BC.
(1)求证:∠ACO=∠BCD;
(2)若EB=8,CD=24,求⊙O的直径.
【答案】(1)见解析
(2)26
【解析】(1)∵AB⊥CD,
∴,
∴∠A=∠BCD,
∵OA=OC,
∴∠A=∠ACO,
∴∠ACO=∠BCD;
(2)设⊙O的半径为r,则OC=r,OE=OA-BE=r-8,
∵AB⊥CD,
∴CE=DE=CD=×24=12,
在Rt△OCE中,122+(r-8)2=r2,解得r=13,
∴⊙O的直径=2r=26.
【练6】 如图,已知圆O的半径为5,AB⊥CD,垂足为P,且AB=CD=8,则OP的长为( )
A.3
B.4
C.
D.
【答案】 C
【练7】 如图,用一块直径为a的圆桌布平铺在对角线长为a的正方形桌面上,若四周下垂的最大长度相等,则桌布下垂的最大长度x为____________.
【答案】
【练8】 在半径为5cm的圆内有两条互相平行的弦,一条弦长为8cm,另一条弦长为6cm,则两弦之间的距离为_______cm。
【答案】1或7
【练9】 如图,圆中两条弦AB、CD相交于点E,且AB=CD,求证:EB=EC.
【答案】见解析
【解析】如图,连接AD,
∵AB=CD,
∴,
∴,即,
∴∠BAD=∠CDA,
∴AE=DE,
又∵AB=CD,
∴AE=CE.
【练10】 在⊙O中,点C是劣弧AB的中点,则线段AB和线段AC的大小为( )
A.
B.
C.
D.无法确定
【答案】 C
【解析】∵在⊙O中,点C是劣弧AB的中点,
∴,
∵,
∴.
课后作业
【练1】 下列说法正确的是( )
A.弦是直径 B.弧是半圆
C.半圆是弧 D.通过圆心的线段是直径
【答案】C
【解析】试题解析:A、弦是连接圆上任意两点的线段,只有经过圆心的弦才是直径,不是所有的弦都是直径.故本选项错误;
B、弧是圆上任意两点间的部分,只有直径的两个端点把圆分成的两条弧是半圆,不是所有的弧都是半圆.故本选项错误;
C、圆的任意一条直径的两个端点把圆分成两条弧,每一条弧都叫做半圆.所以半圆是弧是正确的.
D、过圆心的弦才是直径,不是所有过圆心的线段都是直径,故本选项错误.
故选C.
【练2】 下列语句中,不正确的个数是( )
①弦是直径 ②半圆是弧 ③长度相等的弧是等弧 ④经过圆内一点可以作无数条直径
A.1 B.2 C.3 D.4
【答案】C
【详解】
直径是弦,但弦不一定是直径故①不正确,弧包括半圆,优弧和劣弧故②正确,等弧是能够重合的弧故③不正确,而经过圆内一点只能作一条直径或无数条直径(圆内一点正好是圆心,故④不正确.)
【练3】
如图,中,点,,以及点,,分别在一条直线上,图中弦的条数有( )
A.条 B.条 C.条 D.条
【答案】B
【分析】
根据弦的定义进行分析,从而得到答案.
【详解】
解:图中的弦有AB,BC,CE共三条.
故选B.
【点睛】
理解弦的定义是解决本题的关键.
【练4】 如图,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______个.
【答案】3
【分析】
过O点作OE⊥AB,交⊙O于D,由OE=3,OA=5,得到DE=2,即点P到到直线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,则还有两个点到直线AB的距离为3.
【详解】
如图,OD=OA=OB=5,OE⊥AB,OE=3,
∴DE=OD−OE=5−3=2cm,
∴点D是圆上到AB距离为2cm的点,
∵OE=3cm>2cm,
∴在OD上截取OH=1cm,
过点H作GF∥AB,交圆于点G,F两点,
则有HE⊥AB,HE=OE−OH=2cm,
即GF到AB的距离为2cm,
∴点G,F也是圆上到AB距离为2cm的点.
故答案为3.
【点睛】
本题考查了垂径定理,当圆心到直线的距离小于圆的半径,这条直线与圆相交.注意圆上的点到AB距离为2cm的点不唯一,有三个.
【练5】 如图,点A、D、G、M在半圆O上,四边形ABOC、DEOF、HMNO均为矩形,设BC=a,EF=b,NH=c,则a、b、c的大小是_________.
【答案】a=b=c
【详解】
连接OA,OD,OM.因为四边形ABOC、DEOF、HMON均为长方形,长方形的对角线相等,所以OA=BC,OD=EF,OM=HN.所以BC=EF=HN,即a=b=c.
【练6】 如图,MN为⊙O的弦,∠M=50°,则∠MON等于________.
【答案】80°
【详解】
试题分析:利用等腰三角形的性质可得∠N的度数,根据三角形的内角和定理可得所求角的度数.
解:∵OM=ON,
∴∠N=∠M=50°,
∴∠MON=180°-∠M-∠N=80°,
故答案为80°.
考点:1.等腰三角形的性质;2.三角形的内角和定理;3.圆的定义.
【练7】 P为⊙O内一点,OP=3cm,⊙O的半径为5cm,则经过P点的最短弦长为_____cm,最长弦长为_____cm.
【答案】8 10
【解析】
试题分析:当弦与OP垂直时,弦最短,最短弦为8cm,过P点经过圆心的弦最长为直径,最长弦为10cm.
考点:点与圆的位置关系.
【练8】 如图,在△ABC中,∠ACB=90°,∠A=40°;以C为圆心、CB为半径的圆交AB于点D,求∠ACD的度数.
【答案】10°.
【分析】
先求得∠B,再由等腰三角形的性质求出∠BCD,则∠ACD与∠BCD互余,从而求得∠ACD的度数.
【详解】
解:连接CD,∵∠ACB=90°,∠A=40°,
∴∠B=50°,
∵CD=CB,
∴∠BCD=180°-2×50°=80°,
∴∠ACD=90°-80°=10°.
故答案为10°.
【点睛】
本题考查三角形的内角和定理和等腰三角形的性质,同圆的半径相等的性质,是基础知识比较简单,求出∠BCD的度数是解题的关键.
【练9】
如图所示,为的一条弦,点为上一动点,且,点,分别是,的中点,直线与交于,两点,若的半径为7,求的最大值.
【答案】的最大值为.
【解析】
【分析】
由和组成的弦,在中,弦最长为直径14,而可求,所以的最大值可求.
【详解】
连结,,
∵ ∴
∴为等边三角形,
∵点,分别是,的中点
∴,∵ 为的一条弦
∴最大值为直径14 ∴的最大值为.
【点睛】
利用直径是圆中最长的弦,可以解决圆中一些最值问题.
【练10】 如图,点E为⊙O的直径AB上一个动点,点C、D在下半圆AB上(不含A、B两点),且∠CED=∠OED=60°,连OC、OD
(1)求证:∠C=∠D;
(2)若⊙O的半径为r,请直接写出CE+ED的变化范围.
【答案】(1)证明见解析;(2)r<CE+ED<2r
【分析】
(1)延长CE交⊙O于D′,连接OD′,由已知求得∠AEC=60°,进而求得∠DEO=∠D′EO=60°,根据圆是轴对称图形即可证得∠D=∠D′,ED=ED′,然后根据等腰三角形的性质求得∠D′=∠C,从而证得结论;
(2)证得∠COD′>60°,从而证得CD′>OC=OD′,由CD′<OC+OD′,CE+ED=CE+ED′=CD′,从而得出r<CE+ED<2r.
【详解】
证明:(1)延长CE交⊙O于D′,连接OD′
∵∠CED=∠OED=60°,
∴∠AEC=60°,
∴∠OED′=60°,
∴∠DEO=∠D′EO=60°,
由轴对称的性质可得∠D=∠D′,ED=ED′,
∵OC=OD′,
∴∠D′=∠C,
∴∠C=∠D;
(2)∵∠D′EO=60°,
∴∠C<60°,
∴∠C=∠D′<60°,
∴∠COD′>60°,
∴CD′>OC=OD′,
∵CD′<OC+OD′,
∵CE+ED=CE+ED′=CD′,
∴r<CE+ED<2r.
【点睛】
本题考查了轴对称的性质,轴对称﹣最短路线问题,等腰三角形的性质,三角形外角的性质以及三角形三边之间的关系,圆是轴对称图形是本题的关键.
【练11】 如图所示,在⊙O中,CD是直径,AB是弦,AB⊥CD于M,CD=10cm,OM:OC=3:5,求弦AB的长.
【答案】AB=8.
【解析】
试题分析:连接OA,先根据CD=10cm得出OC的长,再由OM:OC=3:5得出OM的长,由勾股定理求出AM的长,进而可得出结论.
试题解析:连接OA,∵CD=10cm,∴OC=5cm.∵OM:OC=3:5,∴OM=3,
∴AM===4,
∴AB=2AM=8.
【考点】垂径定理;勾股定理.
【练12】 如图,在⊙O中,直径AB=10,弦CD⊥AB,垂足为E,BE=2,求弦CD的长.
【答案】CD=8.
【解析】
试题分析:连接OC,先根据直径AB=10,求出OC的长,再根据勾股定理求出CE的长,由垂径定理即可得出结论.
试题解析:连接OC,
∵直径AB=10,BE=2,∴OE=5﹣2=3,OC=5;
∵弦CD⊥AB,∴CE=DE;由勾股定理得:CE= =4,∴CD=2CE=8.
【练13】
如图,⊙的半径为,为弦,,交于点,交⊙于点,.求弦的长.
【答案】8
【解析】
【分析】
求出OD,根据垂径定理得出,根据勾股定理求出AD,即可得出答案.
【详解】
解:∵⊙的半径为,
∴,
∵,
∴,
∵,
∴,,
在中,,
∴,
∴,
∴.
【点睛】
此题考查垂径定理及其推论,勾股定理,解题关键在于得出
【练14】 如图,四边形ABCD是矩形,以AD为直径的⊙O交BC边于点E、F,AB=4,AD=12.
求线段EF的长.
【答案】4
【分析】
作OM⊥BC于M,连接OE,根据垂径定理求出EF=2EM,求出OE和OM长,根据勾股定理求出EM,即可求出EF.
【详解】
作OM⊥BC于M,连接OE,
则ME=MF=EF,
∵AD=12,
∴OE=6,
在矩形ABCD中,OM⊥BC,
∴OM=AB=4,
∵在△OEM中,∠OME=90°,
ME===2 ,
∴线段EF的长度为4.
【点睛】
考查了勾股定理、垂径定理、矩形的性质等知识点,解题关键是构造直角三角形.
【练15】
如图,有一座圆弧形拱桥,它的跨度为,拱高为,当洪水泛滥到跨度只有时,就要采取紧急措施,若某次洪水中,拱顶离水面只有,即时,试通过计算说明是否需要采取紧急措施.
【答案】不需要采取紧急措施,理由详见解析.
【分析】
连接OA′,OA.设圆的半径是R,则ON=R−4,OM=R−18.根据垂径定理求得AM的长,在直角三角形AOM中,根据勾股定理求得R的值,在直角三角形A′ON中,根据勾股定理求得A′N的值,再根据垂径定理求得A′B′的长,从而作出判断.
【详解】
设圆弧所在圆的圆心为,连结,,如图所示
设半径为则
由垂径定理可知,
∵,∴,且
在中,由勾股定理可得
即,解得
∴
在中,由勾股定理可得
∴
∴不需要采取紧急措施.
【点睛】
此类题综合运用了勾股定理和垂径定理,解题的关键是熟知垂径定理的应用.
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