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不少同学在解有关“圆”的综合题时往往思路不清,不是找不到方法,就是方法烦琐。而解决的关键还是在于对基本性质、基本定理、基本图形的熟练掌握,一些难度较大的问题,往往还需要构造辅助线来牵线搭桥。下面我们就以2020年浙江省杭州市的中考题为例,分析一下如何抓住基本图形找到解题的突破口。
例 如图1,已知AC、BD为⊙O的兩条直径,连接AB、BC,OE⊥AB于点E,点F是半径OC的中点,连接EF。
(1)设⊙O的半径为1,若∠BAC=30°,求线段EF的长。
(2)连接BF、DF,设OB与EF交于点P,
①求证:PE=PF。
②若DF=EF,求∠BAC的度数。
【分析】(1)根据条件可知△OBC为等边三角形,且F为OC中点,那么根据等腰三角形三线合一的性质可得BF⊥AC,再根据直角三角形斜边中线定理可求出EF。
(1)解:∵OE⊥AB,∠BAC=30°,OA=1,
∴∠AOE=60°,OE=[12]OA=[12],
AE=EB=[3]OE=[32]。
∵AC是直径,∴∠ABC=90°,
∴∠C=60°。
∵OC=OB,∴△OCB是等边三角形。
∵点F是OC的中点,∴OF=FC,
∴BF⊥AC,∴∠AFB=90°。
∵AE=EB,
∴EF=[12]AB=[32]。
【分析】(2)①本题要证明PF=PE,可以考虑证明△OEF是等腰三角形,利用三线合一证得结论,但此方法没有了(1)中的条件,无法证得,故考虑其他方法。如果我们抓住F为OC中点、OE∥BC这两个结论,那么可以过点F作FG⊥AB于点G,交OB于点H,连接EH,利用相似形得出一组对边相等,再结合这组对边平行,从而证明四边形OEHF是平行四边形,便可得出结论。
(2)①证明:过点F作FG⊥AB于点G,交OB于点H,连接EH。
∵∠FGA=∠ABC=90°,
∴FG∥BC,∴△OFH∽△OCB,
∴[FHBC]=[OFOC]=[12],同理[OEBC]=[AOAC]=[12],
∴FH=OE。
∵OE⊥AB,FH⊥AB,
∴OE∥FH,
∴四边形OEHF是平行四边形,
∴PE=PF。
【思考】(1)中求EF的长也可以用(2)中的辅助线,构造直角三角形求线段长是常用思路之一,且为解决问题(2)提供了辅助线的作法。以下是问题(1)的另一种解法。
(1)解:∵∠FGA=∠ABC=90°,∴FG∥BC,
∴△AFG∽△ACB,
∴[FGBC]=[AFAC]=[34]。
∵△OCB是等边三角形,BC=1,
∴FG=[34]。
∵在Rt△ACB中,BC=1,∴AB=[3]。
∵OA=OB,
∴OE⊥AB,∴AB=2EB。
∵OE∥FG∥BC,
∴[EGGB]=[OFFC]=1,∴EB=2EG,
∴EG=[14]AB=[34]。
∵在Rt△EGF中,EG=[34],FG=[34],
∴EF=[32]。
【分析】(2)②证明PE=PF后,易发现FE=FB这一结论,结合FD=FE,证得FD=FB,根据等腰三角形三线合一性质推出FO⊥BD,最后得出△AOB是等腰直角三角形即可解决问题。
(2)②解:∵OE∥FG∥BC,
∴[EGGB]=[OFFC]=1,∴EG=GB。
∵FG⊥AB,EG=GB,∴EF=FB。
∵DF=EF,∴DF=BF。
∵DO=OB,
∴FO⊥BD,∴∠AOB=90°。
∵OA=OB,
∴△AOB是等腰直角三角形,
∴∠BAC=45°。
【点评】本题考查了等边三角形的判定和性质、相似三角形的判定和性质、平行四边形的判定和性质、等腰直角三角形的判定和性质等多个知识点,体现了综合题的特点。其难点是添加合适的辅助线,突破口在于对相似基本形的熟练掌握。
【方法总结】辅助线的作用是将分散的条件加以集中,构造出“基本形”,简单来说就是“补形”。“形”指基本性质和定理中的基本图形。本题中就出现多个“基本形”(如下图)。等腰三角形中作高,遇到直角三角形斜边中点连中线,三角形中已知n分点作平行线构造相似基本形,这些常用辅助线都需要我们熟练掌握。
(作者单位:江苏省苏州中学伟长实验部)
例 如图1,已知AC、BD为⊙O的兩条直径,连接AB、BC,OE⊥AB于点E,点F是半径OC的中点,连接EF。
(1)设⊙O的半径为1,若∠BAC=30°,求线段EF的长。
(2)连接BF、DF,设OB与EF交于点P,
①求证:PE=PF。
②若DF=EF,求∠BAC的度数。
【分析】(1)根据条件可知△OBC为等边三角形,且F为OC中点,那么根据等腰三角形三线合一的性质可得BF⊥AC,再根据直角三角形斜边中线定理可求出EF。
(1)解:∵OE⊥AB,∠BAC=30°,OA=1,
∴∠AOE=60°,OE=[12]OA=[12],
AE=EB=[3]OE=[32]。
∵AC是直径,∴∠ABC=90°,
∴∠C=60°。
∵OC=OB,∴△OCB是等边三角形。
∵点F是OC的中点,∴OF=FC,
∴BF⊥AC,∴∠AFB=90°。
∵AE=EB,
∴EF=[12]AB=[32]。
【分析】(2)①本题要证明PF=PE,可以考虑证明△OEF是等腰三角形,利用三线合一证得结论,但此方法没有了(1)中的条件,无法证得,故考虑其他方法。如果我们抓住F为OC中点、OE∥BC这两个结论,那么可以过点F作FG⊥AB于点G,交OB于点H,连接EH,利用相似形得出一组对边相等,再结合这组对边平行,从而证明四边形OEHF是平行四边形,便可得出结论。
(2)①证明:过点F作FG⊥AB于点G,交OB于点H,连接EH。
∵∠FGA=∠ABC=90°,
∴FG∥BC,∴△OFH∽△OCB,
∴[FHBC]=[OFOC]=[12],同理[OEBC]=[AOAC]=[12],
∴FH=OE。
∵OE⊥AB,FH⊥AB,
∴OE∥FH,
∴四边形OEHF是平行四边形,
∴PE=PF。
【思考】(1)中求EF的长也可以用(2)中的辅助线,构造直角三角形求线段长是常用思路之一,且为解决问题(2)提供了辅助线的作法。以下是问题(1)的另一种解法。
(1)解:∵∠FGA=∠ABC=90°,∴FG∥BC,
∴△AFG∽△ACB,
∴[FGBC]=[AFAC]=[34]。
∵△OCB是等边三角形,BC=1,
∴FG=[34]。
∵在Rt△ACB中,BC=1,∴AB=[3]。
∵OA=OB,
∴OE⊥AB,∴AB=2EB。
∵OE∥FG∥BC,
∴[EGGB]=[OFFC]=1,∴EB=2EG,
∴EG=[14]AB=[34]。
∵在Rt△EGF中,EG=[34],FG=[34],
∴EF=[32]。
【分析】(2)②证明PE=PF后,易发现FE=FB这一结论,结合FD=FE,证得FD=FB,根据等腰三角形三线合一性质推出FO⊥BD,最后得出△AOB是等腰直角三角形即可解决问题。
(2)②解:∵OE∥FG∥BC,
∴[EGGB]=[OFFC]=1,∴EG=GB。
∵FG⊥AB,EG=GB,∴EF=FB。
∵DF=EF,∴DF=BF。
∵DO=OB,
∴FO⊥BD,∴∠AOB=90°。
∵OA=OB,
∴△AOB是等腰直角三角形,
∴∠BAC=45°。
【点评】本题考查了等边三角形的判定和性质、相似三角形的判定和性质、平行四边形的判定和性质、等腰直角三角形的判定和性质等多个知识点,体现了综合题的特点。其难点是添加合适的辅助线,突破口在于对相似基本形的熟练掌握。
【方法总结】辅助线的作用是将分散的条件加以集中,构造出“基本形”,简单来说就是“补形”。“形”指基本性质和定理中的基本图形。本题中就出现多个“基本形”(如下图)。等腰三角形中作高,遇到直角三角形斜边中点连中线,三角形中已知n分点作平行线构造相似基本形,这些常用辅助线都需要我们熟练掌握。
(作者单位:江苏省苏州中学伟长实验部)