「初中数学」三角函数与圆的综合运用

「初中数学」三角函数与圆的综合运用

初中数学里,三角函数与圆相结合的综合题是中考必考题型,圆提供背景或"舞台",三角函数"演唱”,二者相互融合建立方程,最终完美地进行了一场饶有趣味,别开生面的"表演”。

【题目呈现】

1.如图,AB是⊙O的直径,弦CD与AB交于点E,过点B的切线BP与CD的延长钱交于点P,连接DC,CB.

(1)求证:AE×EB=CE×ED;

(2)若⊙O的半径为3,OE=2BE,CE/DE=9/5,求tan∠OBC的值及DP的长.

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【分析】第(1)问相对简单,要证AE×EB=CE×ED,化为比例式,AE/CE=ED/EB,利用"三点定型法”可确定须证△ADE∽△CBE(或△AEC∽△DEB),这里只给出前一种的图形分析,后一种与前一种类似,如下图,

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连接AD,在圆的背景下,依据同弧所对的圆周角相等,可得∠A=∠BCD,又∠AED=∠CEB,∴△AED∽△CEB,∴AE/CE=ED/EB,∴AE×EB=CE×ED.

(2)要求tan∠OBC,则需将∠OBC放在直角三角形中,求出∠OBC所在直角三角形的两直角边的长度,题中给出半径为3,OE=2BE,则OE=2,BE=1,AE=5,又知CE/DE=9/5,可设CE=9a,DE=5a,由(1)知AE×EB=CE×ED,∴5×1=9a×5a,解得a=1/3,∴CE=3,DE=5/3,此时看出OC=CE=3,∴△OCE为等腰三角形,于是过点C作CF⊥AB于点F,如下图,

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则OF=EF=OE/2=1,∴EF=EB=1,FB=2,在Rt△OCF中,由勾股定理可得CF=2√2,在Rt△CFB中,∠CFB=90°,∴tan∠OBC=CF/FB=2√2/2=√2,由于BP是⊙O的切线,AB是直径,∴∠EBP=90°,∴∠CFB=∠EBP,又EF=EB,∠CEF=∠PEB,∴△CFE≌△PBE,∴EP=CE=3,∴DP=EP一ED=3一5/3=4/3.

2.如图,在菱形ABCD中,点P在对角线AC上,且PA=PD,⊙O是△PAD的外接圆.

(1)求证:AB是⊙O的切线;

(2)若AC=8,tan∠BAC=√2/2,求⊙O的半径.

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【分析】(1)要证AB是⊙O的切线,得连接OA,证∠OAB=90°,如何证呢?须从条件中找直角,注意到条件PA=PD,也就知弧AP=弧DP,于是连接OP,且OP交AD于E,如下图,

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则OP⊥AD,AE=DE,∴∠EAP+∠EPA=90°,∵OA=OP,∴∠OAE+∠EAP=∠EPA,∴∠OAE+∠EAP+∠EAP=90°,∵四边形ABCD为菱形,∠EAP=∠PAB,∴∠OAE+∠EAP+∠PAB=90°,即∠OAB=90°,∴直线AB为⊙O的切线.

(2)由于AC=8,tan∠BAC=√2/2,又菱形的对角线互相垂直平分,一条对角线平分一组内对角,∴连接BD交AC于F,如图

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则AF=4,tan∠BAC=tan∠DAC=√2/2,∴BF=DF=2√2,在Rt△AFD中,可得AD=2√6,∴AE=AD/2=√6,在Rt△AEP中,PE=tan∠DAC×AE=√2/2×√6=√3,设⊙O的半径为r,则OE=r一PE=r一√3,在Rt△AEO中,由勾股定理可得r²=(√6)²+(r一√3)²,解得r=3√3/2,∴⊙O的半径为3√3/2.

3.如图,四边形ABCD内接于圆O,AB=17,CD=10,∠A=90°,cosB=3/5,求AD的长.

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【分析】解法一,由∠A=90°,则可知∠DCB=90°,又cosB=3/5,我们知道,由于给出某个角的三角函数,则可寻找该角所在的直角三角形,再结合其他条件,推导出所求结果,依托∠A=90°,延长AD,BC交于点E,如图,

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易知∠B=∠EDC,∴cosB=cos∠EDC=CD/DE=3/5,在Rt△ECD中,∴DE=5/3×CD=50/3,在Rt△EAB中,cosB=AB/BE=3/5,∴BE=85/3,由勾股定理得AE=68/3,∴AD=AE一DE=6.

方法二,依托∠BCD=90°,延长BA,CD交于点E,如图,

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易知∠ADE=∠B,∵cosB=3/5=cos∠ADE,依据公式sin²a+cos²a=1,可得sinB=sin∠ADE=4/5,设AD=3m,AE=4m,ED=5m,∴CE=CD+ED=10+5m,EB=AB+AE=17+4m,∴CE/EB=4/5,即(10+5m)/(17+4m)=4/5,解得m=2,∴AD=6.

方法三,过点C作CE⊥AB于E,DF⊥CE于F,如图,易知∠DCF=∠B,

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由于CD=10,∴CF=cos∠DCF×CD=3/5×10=6,则DF=8,易知DF=AE,∴EB=AB一AE=17一8=9,在Rt△CBE中,CE=EB/tanB=9÷3/4=12,∴AD=EF=CE一CF=12一6=6.

方法四,给出图形,同学们自己做一下,

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当然本题还有其他解法,同学们开动脑筋,大胆地思考吧!

4.如图,AB是⊙O的直径,D,E为⊙O上位于AB异侧的两点,连接BD并延长至点C,使得CD=BD,连接AC交⊙O于点F,连接AE,DE,DF.

(1)求证:∠E=∠C;

(2)若∠E=55°,求∠BDF的度数;

(3)设DE交AB于点G,若DF=4,cos=2/3,E是弧AB的中点,求EG×ED的值.

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【分析】(1)由于AB是直径,想到直径所对的圆周角为直径,同时BD=CD,则AD垂直平分BC,如图,

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则∠B=∠C,又∠E,∠B都对弧AD,∴∠E=∠B,∴∠E=∠C.

(2)若∠E=55°,则∠B=∠E=55°,在Rt△ADB中,可得∠DAB=35°,由(1)知∠FAB=2∠DAB=70°,由于圆内接四边形对角互补,可得∠AFD=125°,在四边形ABDF中,可得∠BDF=110°.

(3)由于E为弧AB的中点,想到连接OE,如图

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则OE⊥AB,△AOE为等腰直角三角形,AE=AO√2,由于∠B=∠C,又∠B=∠CFD,∴∠C=∠CFD,CD=DB=DF=4,在Rt△ADB中,∵cosB=2/3,即DB/AB=2/3,∴AB=6,∴AO=OE=3,AE=3√2.那么EG×ED又如何算呢?我们要熟记下图的相似模型,如图,

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△AEG与△DEA中,∠E共用,若∠D=∠EAG(或∠AGE=∠DAE),则△AEG∽△DEG,则AE/ED=EG/AE,即AE²=EG×ED,我们观察到AE为公共边,EG与ED在一条直线上,若能熟悉这一模型,自然想到证△AEG∽△DEA,由于E为弧AB的中点,则∠ADE=∠BDE,又∠EAG=∠BDE,∴∠ADE=∠EAG,而∠E共用,∴△AEG∽△DEA,∴AE²=EG×ED=(3√2)²=18.

5.如图,AB是⊙O的直径,弦CD⊥AB,垂足为H,连接AC,过弧BD上的一点E作EG∥AC交CD的延长线于点G,连接AE交CD于点F,且EG=FG,连接CE.

(1)求证:△ECF∽△GCE;

(2)求证:EG是⊙O的切线;

(3)延长AB交GE的延长线于点M,若tanG=3/4,AH=3√3,求EM的值.

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【分析】依条件联想相关知识,向结论靠拢,本题,AB是⊙O的直径,弦CD⊥AB,想到垂径定理,从而弧AD=弧AC,想到同弧所对的圆周角相等,由EG=FG,可得底角相等,由EG∥AC,想到内错角相等.

(1)△ECF与△GCE,共用∠GCE,EG∥AC,得∠ACD=∠G,由AB⊥CD,得弧AD=弧AC,∴∠AEC=∠ACD,∴∠G=∠AEC,则△ECF∽△GCE.

(2)要证EG是⊙O的切线,须连接OE,如图,

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则∠AEO=∠EAO,又EG=FG,∴∠GEF=∠GFE,而∠GFE=∠AFH,∴∠GEF=∠AFH,又∠AFH+∠EAO=90°,∴∠GEF+∠AEO=90°,即∠GEO=90°,∴EG是⊙O的切线.

(3)∵∠ACD=∠G,∴tan∠ACD=tanG=3/4,又AH=3√3,∴HC=4√3,这时我们想到平时垂径定理的有关习题,可算出半径,设OC=r,OH=r一3√3,连接OC,如图,

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在Rt△HOC中,(r一3√3)²+(4√3)²=r²,解得r=25√3/6,由于GM∥AC,∴∠M=∠CAH,∴tanM=tan∠CAH=HC/AH=4/3,在Rt△OEM中,tanM=OE/EM,∴EM=OE/tanM=25√3/6÷4/3=25√3/8.

当然,也可用△AHC∽△MEO,求得EM.

【总结】依据条件,联想相关概念,公式,定理,数学模型,自己的经验总结,步步为营向结论靠拢,最终解决问题,所以需要同学们,一方面熟记基础知识,另一方面,总结解题经验,提高自己的分析问题,解決问题的能力.


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