基本圖形分析法:不寫證明過程,帶你「三步」分析弦切角

今天是弦切角文章的最後一章,所以相比之前的圓的經典例題會有些難度。在初中數學的學習中,與圓有關的例題、習題、考題多少都會運用到弦切角的性質。

那麼在基本圖形分析法中,通過"三步曲"式的方法解析與圓有關的弦切角的經典例題。從而明白

1) 拿到問題後是怎麼想的? —— 明白求證需要的方法,進行正向或逆向思考

2) 是怎麼一步一步想出來的? —— 明白思考過程中條件的推得和性質運用併產生聯繫

3) 為什麼要這樣想? —— 明白什麼方法是正確的以及推導過程的梳理

例67如圖4-181,已知:⊙O、⊙O′外切於P,外公切線AB、CD分別與兩圓相切於A、B、C、D。求證:四邊形ACDB可以外切於一個圓。

基本圖形分析法:不寫證明過程,帶你“三步”分析弦切角

圖4-181

分析:要證明四邊形ACDB可以外切於一個圓,首先應確定這個內切圓的圓心和半徑。

由於⊙O和⊙O′外切於P,AB、CD是兩圓的外公切線,所以這是一個軸對稱圖形,且連心線就是它的對稱軸。於是這個內切圓的圓心必在連心線OO′上,而四邊形ACDB也應是一個等腰梯形。從而就應先證明這個四邊形是等腰梯形

由於AB、CD對每一個圓來講都是切線,所以可應用切線的性質,或者也就是可直接應用切線長定理及其推論來進行證明。於是延長AB、CD相交於S(如圖4-182)後,就有SB=SD,SA=SC,從而就可得AB=CD。再進一步,聯結SO和SO′(如圖4-182)後,又可得SO、SO′都是∠ASC也就是∠BSD的角平分線,所以SO、SO′必定重合在一直線上,又因為⊙O、⊙O′外切於P,所以O、P、O′、S成一直線如設OS與AC、BD分別相交於E、F,那麼

應用等腰三角形中重要線段這個基本圖形的性質就可得BD⊥SO,AC⊥SO,所以AC∥BD。這樣四邊形ACDB就是一個等腰梯形。

基本圖形分析法:不寫證明過程,帶你“三步”分析弦切角

圖4-182

又因⊙O、⊙O′外切於P,是一個兩圓相切的問題,所以可通過添加過切點的公切線,把問題轉化成每個圓中的切線的問題來分析。

於是過P作⊙O、⊙O′的內公切線交AB於G(如圖4-182),則有GP⊥OO′。而由GA、GP分別與⊙O相切於A、PGB、GP分別與⊙O相切於B、P,又可得GA=GP=GB,即G是AB的中點。而由GP⊥OO′,又可推得AE∥GP∥BF,從而應用梯形的中位線的性質可得EP=FP,即P是EF的中點。這就說明P應是這個等腰梯形ACDB的內切圓的圓心

於是問題就成為要證明以P為圓心,以PE長為半徑所作的圓必定和這個等腰梯形的四邊相切。

由於PE=PF以及AC⊥EF、BD⊥EF,所以這個圓必定與AC、BD分別在E點和F點相切那麼問題就成為應證這個圓必定與兩條腰相切,也就是要證P到AB、CD的距離也等於PE,從而過P作PH⊥AB交AB於H(如圖4-183),問題就成為要證PH=PE。由於∠PHA=∠PEA=90°,所以要證明相等的這兩條線段PH和PE就成為P到∠CAB的兩邊的距離,這樣點P就應在∠CAB的角平分線上,或者也就是PH、PE這兩條要證明相等的線段是關於∠CAB的角平分線成軸對稱的,從而就可以通過添加一對軸對稱型的全等三角形的方法進行證明。由於現在圖形中沒有對稱軸,所以應先將對稱軸添上,也就是聯結PA(如圖4-183),問題就成為應證△PAE≌△PAH。因PA=PA,∠PEA=∠PHA=90°,且因由∠GAP=∠GPA,∠GPA=∠EAP,可推得∠PAE=∠PAH,所以這兩個三角形全等,於是就可證明這個圓與AB相切於H,根據同樣的道理可以證明這個圓也一定和CD相切,從而完成分析。

基本圖形分析法:不寫證明過程,帶你“三步”分析弦切角

圖4-183

例68如圖4-184,已知:⊙O、⊙O′外切於P,⊙O的弦AB的延長線與⊙O′相切於C,AP的延長線交⊙O′於D。求證:∠BPC=∠CPD

基本圖形分析法:不寫證明過程,帶你“三步”分析弦切角

圖4-184

分析:由於⊙O、⊙O′外切於P,是一個兩圓相切的問題,所以可通過添加過切點的公切線,把問題轉化成為一個圓中的弦切角的基本圖形問題來進行討論,於是過P作⊙O、⊙O′的內公切線交BC於E(如圖4-185)。這樣由PE與⊙O相切於PPB是過切點的弦,可得∠EPB=∠PAB。又因為EP、EC分別和⊙O′相切於P、C,所以∠EPC=∠ECP,而∠BPC=∠BPE+∠CPE,從而應證∠CPD也等於∠BPE+∠CPE。因條件中還給出A、P、D成一直線,∠CPD是△APC的一個外角,所以就有∠CPD=∠A+∠ECP,故由∠A=∠EPB和∠ECP=∠CPE就可以證明結論。

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圖4-185


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