如何用垂径定理解有关圆的问题

圆是中考考查的一个重点,而垂径定理又是圆中的最重要的定理之一,也是中考常考的一个重要知识点。在圆这一章,有很多的性质、定理等都直接或间接地与圆中的弦有联系,所以很多看似很难的题目都可以转化为利用垂径定理来解决。

如***,在O中,①CD为O直径,

②CDAB,③AH=BH,④AC=BC,⑤AD=BD,这五个条件中,只要知道其中的两个条件,我们就可以推导出其余的三个条件。由①②推③④⑤,是垂径定理的基本内容,而其余的则是垂径定理的推论。不过值得注意的是:

①③推②④⑤的时候,其中弦AB不能为直径。即: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。

垂径定理在圆中的应用相当广泛,在这里我仅归纳了一些我们常见的类型供大家参考。

一、垂径定理的直接应用

例1.(2006 南京)如***所示,矩形ABCD与圆心在AB上的O交于点G,B,F,E,GB=8cm,AG=1cm,DE=2cm,则EF=_____cm。

分析:本题表面上看是圆和矩形之间的联系,但从求线段EF的长来看,EF不仅仅是矩形一边上的一部分,更重要的是,要看出EF是圆中的弦。既然EF是圆中的弦,那么马上想到了垂径定理,此时只要过点O作OHEF,构造矩形AOHD即可解决问题。

变式:(2006 扬州)如***所示,已知O过正方形ABCD的顶点A、B,且与CD边相切,若正方形的边长为2,则O的半径为_____。

分析:通过观察,可以发现:AB不仅是正方形的一条边,同

时也是圆中的一条弦,故可利用垂径定理来解题。但本题仅利用垂径定理这一个知识点还是不够的。因为我们无法计算出弦心距的长,此时,还要利用到题目中的一个已知条件:CD与O相切,进而利用方程来解决。

二、垂径定理在两解问题中的应用

圆中的两解问题是很多学生的难点,细细研究不难发现,圆中有许多两解问题都离不开垂径定理的影子。

例2.(九上88页第9题)O的半径为13cm,弦AB∥CD,AB=24cm,CD=10cm,求AB、CD间的距离。

分析:本题已知两条弦的长,要求两条弦之间的距离,实质就是求两弦心距的和或差。要求弦心距,则自然而然地想到通过构造基本***形(直角三角形)来解决问题。

但本题的难点是要考虑两解,为什么会是两解呢?这时不得不提到圆是一个轴对称***形,故利用圆的轴对称性可知,AB、CD可在圆心的同侧,也可在圆心的两侧,因此是两解。

此题不妨可引申:怎样修改题目可让本题是一解呢?也就是说,即使通过圆的轴对称性来观察,在圆的对称位置上的情况也是一样的。此时,只要让其中的一条弦为直径即可。(如:AB=26cm)

例3.已知O1和O2的半径分别为13cm和15cm,两圆相交于A、B两点,AB=24cm,求O1O2的长。

分析:本题考察的是相交两圆的知识点,对于相交的两圆,我们经常作的辅助线是连心线,因为连心线垂直平分公共弦。

但本题换个角度来思考,则会发现:对O1而言,AB是O1的弦;对O2而言,AB又是O2的弦,故我们又可从垂径定理的角度来思考本题,那么O1O2的长即为两圆弦心距的和或差,这时我们又可构造垂径定理中常用的基本***形(直角三角形)。对于另一种情况,同样是从圆具有轴对称的角度来理解。

通过这两道题目,我们不难发现,圆中的多解问题与圆的轴对称性是分不开的。

三、垂径定理在圆与正多边形中的应用

圆与正多边形这一章节,教科书中是单独列出讲解的,但我认为,其中有关正多边形的边长的计算,实际上就可以看作是圆内有关弦的计算,同样可用垂径定理来解决。在这一章,常常将圆和正三角形,正方形以及正六边形联系在一起。如:

例4.(九上课本107第3题)要用圆形铁片截出边长为a的正方形铁片,选用的圆形铁片的半径至少是多少?

分析:本题是一道实际问题,考察的知识点是正方形与圆的有关知识。

正方形的边CD实际上可看作O中的一条弦,在圆中,看到圆中的弦,我们很自然地会和垂径定理联系起来,通过构造直角三角形来解决,而本题中出现了正方形,也就是赋予了直角三角形45°的特殊角,这样本题自然而然就解决了。

对于圆的内接正三角形和正六边形,我们都可以用类似的方法来解决。只不过对于不同的圆内接正多边形,赋予了直角三角形不同的特殊角。

当然,垂径定理的应用还远远不止这些,在这里我就不一一列举,但是不管题目如何变换,我们只要掌握了垂径定理适用的基本前提条件,在解题时能从复杂***形中抽象出基本***形,通过以不变应万变,那么在解题时则会游刃有余,得心应手。

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