基本图形分析法:不写证明过程,带你“三步”分析弦切角

今天是弦切角文章的最后一章,所以相比之前的圆的经典例题会有些难度。在初中数学的学习中,与圆有关的例题、习题、考题多少都会运用到弦切角的性质。

那么在基本图形分析法中,通过"三步曲"式的方法解析与圆有关的弦切角的经典例题。从而明白

1) 拿到问题后是怎么想的? —— 明白求证需要的方法,进行正向或逆向思考

2) 是怎么一步一步想出来的? —— 明白思考过程中条件的推得和性质运用并产生联系

3) 为什么要这样想? —— 明白什么方法是正确的以及推导过程的梳理

例67如图4-181,已知:⊙O、⊙O′外切于P,外公切线AB、CD分别与两圆相切于A、B、C、D。求证:四边形ACDB可以外切于一个圆。

基本图形分析法:不写证明过程,带你“三步”分析弦切角

图4-181

分析:要证明四边形ACDB可以外切于一个圆,首先应确定这个内切圆的圆心和半径。

由于⊙O和⊙O′外切于P,AB、CD是两圆的外公切线,所以这是一个轴对称图形,且连心线就是它的对称轴。于是这个内切圆的圆心必在连心线OO′上,而四边形ACDB也应是一个等腰梯形。从而就应先证明这个四边形是等腰梯形

由于AB、CD对每一个圆来讲都是切线,所以可应用切线的性质,或者也就是可直接应用切线长定理及其推论来进行证明。于是延长AB、CD相交于S(如图4-182)后,就有SB=SD,SA=SC,从而就可得AB=CD。再进一步,联结SO和SO′(如图4-182)后,又可得SO、SO′都是∠ASC也就是∠BSD的角平分线,所以SO、SO′必定重合在一直线上,又因为⊙O、⊙O′外切于P,所以O、P、O′、S成一直线如设OS与AC、BD分别相交于E、F,那么

应用等腰三角形中重要线段这个基本图形的性质就可得BD⊥SO,AC⊥SO,所以AC∥BD。这样四边形ACDB就是一个等腰梯形。

基本图形分析法:不写证明过程,带你“三步”分析弦切角

图4-182

又因⊙O、⊙O′外切于P,是一个两圆相切的问题,所以可通过添加过切点的公切线,把问题转化成每个圆中的切线的问题来分析。

于是过P作⊙O、⊙O′的内公切线交AB于G(如图4-182),则有GP⊥OO′。而由GA、GP分别与⊙O相切于A、PGB、GP分别与⊙O相切于B、P,又可得GA=GP=GB,即G是AB的中点。而由GP⊥OO′,又可推得AE∥GP∥BF,从而应用梯形的中位线的性质可得EP=FP,即P是EF的中点。这就说明P应是这个等腰梯形ACDB的内切圆的圆心

于是问题就成为要证明以P为圆心,以PE长为半径所作的圆必定和这个等腰梯形的四边相切。

由于PE=PF以及AC⊥EF、BD⊥EF,所以这个圆必定与AC、BD分别在E点和F点相切那么问题就成为应证这个圆必定与两条腰相切,也就是要证P到AB、CD的距离也等于PE,从而过P作PH⊥AB交AB于H(如图4-183),问题就成为要证PH=PE。由于∠PHA=∠PEA=90°,所以要证明相等的这两条线段PH和PE就成为P到∠CAB的两边的距离,这样点P就应在∠CAB的角平分线上,或者也就是PH、PE这两条要证明相等的线段是关于∠CAB的角平分线成轴对称的,从而就可以通过添加一对轴对称型的全等三角形的方法进行证明。由于现在图形中没有对称轴,所以应先将对称轴添上,也就是联结PA(如图4-183),问题就成为应证△PAE≌△PAH。因PA=PA,∠PEA=∠PHA=90°,且因由∠GAP=∠GPA,∠GPA=∠EAP,可推得∠PAE=∠PAH,所以这两个三角形全等,于是就可证明这个圆与AB相切于H,根据同样的道理可以证明这个圆也一定和CD相切,从而完成分析。

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图4-183

例68如图4-184,已知:⊙O、⊙O′外切于P,⊙O的弦AB的延长线与⊙O′相切于C,AP的延长线交⊙O′于D。求证:∠BPC=∠CPD

基本图形分析法:不写证明过程,带你“三步”分析弦切角

图4-184

分析:由于⊙O、⊙O′外切于P,是一个两圆相切的问题,所以可通过添加过切点的公切线,把问题转化成为一个圆中的弦切角的基本图形问题来进行讨论,于是过P作⊙O、⊙O′的内公切线交BC于E(如图4-185)。这样由PE与⊙O相切于PPB是过切点的弦,可得∠EPB=∠PAB。又因为EP、EC分别和⊙O′相切于P、C,所以∠EPC=∠ECP,而∠BPC=∠BPE+∠CPE,从而应证∠CPD也等于∠BPE+∠CPE。因条件中还给出A、P、D成一直线,∠CPD是△APC的一个外角,所以就有∠CPD=∠A+∠ECP,故由∠A=∠EPB和∠ECP=∠CPE就可以证明结论。

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图4-185


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