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圆中计算问题是圆的代表性考题之一,也是中考的热点.下面向同学们介绍一个圆中常考的计算模型.
一、模型探索
考题再现:(2019·贵州·毕节)如图1,点P在⊙O外,PC是⊙O的切线,C为切点,直线PO与⊙O相交于点A,B.
(1)若∠A = 30°,求证:PA = 3PB;
(2)小明发现,∠A在一定范围内变化时,始终有∠BCP = [12]·(90° - ∠P)成立,请你写出推理过程.
解析:(1)∵AB是直径,∴∠ACB = 90°,
∵∠A = 30°,∴∠ABC = 60°,
∴△OBC是等边三角形,AB = 2BC,∠COB = ∠OCB = 60°.
如图1,连接OC,∵PC是⊙O切线,∴∠OCP = 90°,
∴∠BCP = ∠P = ∠A = 30°,∴PB = BC = OB = OA,∴PA = 3PB.
(2)∵∠A + ∠P + ∠ACB + ∠BCP = 180°,且∠ACB = 90°,∴∠A + ∠BCP = 90° - ∠P,
由(1)知,∠BCP = ∠A,∴2∠BCP = 90° - ∠P,∴∠BCP = [12](90° - ∠P).
反思:此题还凸显了一般与特殊的数学思想,解完题后我们不禁要问:问题具有一般性吗?∠A在一定范围内变化,这个范圍是怎样的?不在这个范围时,结论还成立吗?会有新结论吗?于是产生了如下模型构想.
二、模型构建
模型:如图2,点P在⊙O外,PC是⊙O的切线,C为切点,直线PO与⊙O相交于点A,B. 当0 < ∠A< 45°时,始终有∠A = ∠BCP = [12](90° - ∠P)成立.(请同学们自己完成证明.)
三、模型运用
1. 探求角的大小
例1(2019·江苏·无锡)如图3,PA是⊙O的切线,切点为A,PO的延长线交⊙O于点B,若∠P = 40°,则∠B的度数为( ).
A. 20° B. 25° C. 40° D. 50°
解析:根据模型,得∠B = [12](90° - ∠P)= [12] × (90° - 40°) = 25°. 故选B.
点评:熟记模型的构造条件和模型的基本结论,能大大提高选择题或填空题的解题效率.
2.探求等角
例2(2019·江苏·宿迁)在Rt△ABC中,∠C = 90°.
(1)如图4,点O在斜边AB上,以点O为圆心,OB长为半径的圆交AB于点D,交BC于点E,与边AC相切于点F. 求证:∠1 = ∠2.
(2)在图5中作⊙M,使它满足以下条件:①圆心在边AB上;②经过点B;③与边AC相切.(尺规作图,只保留作图痕迹,不要求写出作法.)
[A][B][C][图5] [A][B][E][C][F][D][O] [1][2][图4]
解析:(1)根据模型得∠2 = [12](90° - ∠A),即2∠2 = 90° - ∠A,∵直角三角形的两个锐角互余,∴∠1 + ∠2 = 90° - ∠A,∴∠1 + ∠2 = 2∠2,∴∠1 = ∠2.
(2)如图6所示,⊙M为所求. ①作∠ABC平分线交AC于F点,②作BF的垂直平分线交AB于M,以MB为半径作圆,则⊙M为所求.
证明:∵M在BF的垂直平分线上,
∴MF = MB,
∴∠MBF = ∠MFB,
又∵BF平分∠ABC,
∴∠MBF = ∠CBF,∴∠CBF = ∠MFB,∴MF[?]BC,
∵∠C = 90°,∴FM⊥AC,
∴⊙M与边AC相切.
点评:掌握模型,不仅提供了一条灵活的解题思路,而且提高了解题效率,第(2)问熟练掌握连接圆心和切点的半径与切线垂直是解题的关键.
一、模型探索
考题再现:(2019·贵州·毕节)如图1,点P在⊙O外,PC是⊙O的切线,C为切点,直线PO与⊙O相交于点A,B.
(1)若∠A = 30°,求证:PA = 3PB;
(2)小明发现,∠A在一定范围内变化时,始终有∠BCP = [12]·(90° - ∠P)成立,请你写出推理过程.
解析:(1)∵AB是直径,∴∠ACB = 90°,
∵∠A = 30°,∴∠ABC = 60°,
∴△OBC是等边三角形,AB = 2BC,∠COB = ∠OCB = 60°.
如图1,连接OC,∵PC是⊙O切线,∴∠OCP = 90°,
∴∠BCP = ∠P = ∠A = 30°,∴PB = BC = OB = OA,∴PA = 3PB.
(2)∵∠A + ∠P + ∠ACB + ∠BCP = 180°,且∠ACB = 90°,∴∠A + ∠BCP = 90° - ∠P,
由(1)知,∠BCP = ∠A,∴2∠BCP = 90° - ∠P,∴∠BCP = [12](90° - ∠P).
反思:此题还凸显了一般与特殊的数学思想,解完题后我们不禁要问:问题具有一般性吗?∠A在一定范围内变化,这个范圍是怎样的?不在这个范围时,结论还成立吗?会有新结论吗?于是产生了如下模型构想.
二、模型构建
模型:如图2,点P在⊙O外,PC是⊙O的切线,C为切点,直线PO与⊙O相交于点A,B. 当0 < ∠A< 45°时,始终有∠A = ∠BCP = [12](90° - ∠P)成立.(请同学们自己完成证明.)
三、模型运用
1. 探求角的大小
例1(2019·江苏·无锡)如图3,PA是⊙O的切线,切点为A,PO的延长线交⊙O于点B,若∠P = 40°,则∠B的度数为( ).
A. 20° B. 25° C. 40° D. 50°
解析:根据模型,得∠B = [12](90° - ∠P)= [12] × (90° - 40°) = 25°. 故选B.
点评:熟记模型的构造条件和模型的基本结论,能大大提高选择题或填空题的解题效率.
2.探求等角
例2(2019·江苏·宿迁)在Rt△ABC中,∠C = 90°.
(1)如图4,点O在斜边AB上,以点O为圆心,OB长为半径的圆交AB于点D,交BC于点E,与边AC相切于点F. 求证:∠1 = ∠2.
(2)在图5中作⊙M,使它满足以下条件:①圆心在边AB上;②经过点B;③与边AC相切.(尺规作图,只保留作图痕迹,不要求写出作法.)
[A][B][C][图5] [A][B][E][C][F][D][O] [1][2][图4]
解析:(1)根据模型得∠2 = [12](90° - ∠A),即2∠2 = 90° - ∠A,∵直角三角形的两个锐角互余,∴∠1 + ∠2 = 90° - ∠A,∴∠1 + ∠2 = 2∠2,∴∠1 = ∠2.
(2)如图6所示,⊙M为所求. ①作∠ABC平分线交AC于F点,②作BF的垂直平分线交AB于M,以MB为半径作圆,则⊙M为所求.
证明:∵M在BF的垂直平分线上,
∴MF = MB,
∴∠MBF = ∠MFB,
又∵BF平分∠ABC,
∴∠MBF = ∠CBF,∴∠CBF = ∠MFB,∴MF[?]BC,
∵∠C = 90°,∴FM⊥AC,
∴⊙M与边AC相切.
点评:掌握模型,不仅提供了一条灵活的解题思路,而且提高了解题效率,第(2)问熟练掌握连接圆心和切点的半径与切线垂直是解题的关键.