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在完全掌握与圆有关的知识点条件下,要以轴对称的视角理解圆的基本性质,要以运动的视角理解与圆有关的位置关系,并要灵活地与教材中其他相关知识点建立起紧密联系. 当圆周角的顶点在圆周上运动时,同弧所对的圆周角、圆心角的位置关系会出现三种情况,圆心在圆周角内、圆周角外、圆周角边上,而它们的数量关系是不变的,前者是后者的一半. 与圆有关的三个直角:直径上的圆周角、切线与过切点的半(直)径构成的角、弦与垂直于此弦的半(直)径形成的角,从而在直角三角形中解决问题. 可以按轴对称、折叠的动态思维感悟和理解垂径定理及其推论. ①过圆心的直线;②垂直于此弦;③平分此弦(不是直径);④平分优弧;⑤平分劣弧. 由五个条件中任选两个作为已知,则可得出其他三个结论.
已知直线与圆相切,常用方法是连接切点和圆心,构成直角三角形来解答. 求证直线与圆相切,常用方法是证明出过半(直)径外端的直线与半(直)径垂直. 以下四个方面是考查的热点,也常常结合生活实际改编成试题:
一、求角的度数
例1 如图1,AB为⊙O的直径,点C,D在⊙O上,∠CAB = 36°,则∠D的度数为 .
例2 如图2,AB,AC是⊙O的两条弦,∠A = 30°,过点C的切线与OB的延长线交于点D,则∠D的度数为 .
例3 已知弦AB垂直平分⊙O的半径OC,点P是⊙O上一个动点(不与A,B重合),则∠APB的度数为 .
解析 1. ∠ACB是直径上的圆周角,故∠ACB = 90°,由∠CAB = 36°可得∠B是其余角,为54°,而∠D与∠B是同弧所对的圆周角,∠D = ∠B = 54°.
2. ∠D = 30°.连接OC,由同弧所对的圆心角等于圆周角的二倍,得∠O = 2∠A = 60°,再由切线与过切点的半径构成直角,则∠D与∠O互余,故∠D = 30°.
3. ∠APB = 120°或60°. 画出草图,分P在优弧上、劣弧上两种情况分析,P在优弧上时结合垂径定理构成直角三角形,角的正弦为0.5,则角为30°,求出等腰三角形顶角、同弧所对的圆心角与圆周角的关系,此时∠APB为60°;当P在劣弧上时,由圆内接四边形对角互补,可得此时∠APB为120°.
二、求圆中线段长度
例4 小明想知道水平的广场上大理石球的半径,于是找了两块厚10 cm的砖塞在球的两侧(如图3),并量得两砖之间的距离是60 cm,则大理石球的半径为 .
例5 如图4,⊙O的直径AB = 20 cm,点P在线段AB上,且OP ∶ PB = 2 ∶ 3,弦CD经过点P,且∠APC = 30°,则弦CD的长为 .
例6 弦AB∥弦CD,AB = 8 cm,CD = 6 cm,⊙O的直径为10 cm,则弦AB与CD之间的距离为 .
例7 如图5①,⊙O的直径AB = 20cm,点E是半圆的三等分点,点F是弧EB的中点,在AB上找一点P,使EP + FP最短,并求出最小值.
解析 4. 50 cm. 由切线性质及圆的对称性构造直角三角形,连接AB,OC,OB,由勾股定理列方程求解.
5. CD = 8cm.易得OP = 4 cm,过O作垂直于CD的线段OE,垂足为E,连接OC,OC = 10 cm,结合已知∠APC = 30°,则OE = OP = 2 cm,由垂径定理及勾股定理得CD = 2CE = 8cm.
6. 7 cm或1 cm. 利用垂径定理,分AB,CD在圆心的同一侧或两侧来考虑并画图,构造直角三角形,结合勾股定理求解.
7. P点在圆心O处时,EP + FP最短=20cm. 结合图5②利用轴对称性及两点之间线段最短,E关于AB的对称点(E),点F、(E)形成的线段为直径,因为弧FA(E)是180°的弧.
三、证明圆切线、求切线长
例8 如图6,直线PA,PB为⊙O的切线,A,B为切点,OP = 2,若PA⊥PB,则PA的长为 .
例9 如图7,△ABC内接于⊙O,AB是直径,点D是弧BC的中点,连接AD,交BC于点F. ①过点D作DE∥BC,交AC的延长线于点E,判断DE是否是⊙O的切线,并说明理由;②若CD = 6,AC ∶ AF = 4 ∶ 5,求⊙O的半径.
解析 8. PA = 2. 连接OA,OB,由切线性质,可判定四边形OAPB是正方形,从而求解.
9. ①DE是⊙O的切线. 连接OD,再由D平分弧BC(圆的对称性)得OD⊥BC,由DE∥BC则OD⊥DE,故DE是⊙O的切线. ②半径为5. 连接BD,∠ACF = ∠ADB= 90°(直径上的圆周角),由已知及锐角三角函数易得BD = CD = 6(等弧所对的弦相等),∠CAD = ∠BAD(等弧所对的圆周角相等),sin∠BAD = sin∠CAD = ,BD ∶ AB = 3 ∶ 5,即6 ∶ AB = 3 ∶ 5,则AB = 10,故⊙O的半径为5.
四、求弧长、面积
弧长l = ;S扇形 == lR;圆锥侧面积S侧面积 = πRl;圆锥全面积S全面积 = πR l + πR2. 解答弧长、扇形的面积类试题要牢记公式,并能进行灵活运用和简单的代数变换,解答扇形、圆锥类试题时,画出圆锥的展开图、示意图,会更加直观、清楚.
例10 如图8,在纸上剪下一个圆形和一个扇形纸片,使之恰好能围成一个圆锥模型. 若圆半径为r,扇形的半径为R,扇形的圆心角为90°,则r与R之间的关系是 .
解析 10. R = 4r. 因为圆形和扇形纸片能围成一个圆锥模型,所以圆的周长等于扇形的弧长,故=2πr,所以R= 4r.
已知直线与圆相切,常用方法是连接切点和圆心,构成直角三角形来解答. 求证直线与圆相切,常用方法是证明出过半(直)径外端的直线与半(直)径垂直. 以下四个方面是考查的热点,也常常结合生活实际改编成试题:
一、求角的度数
例1 如图1,AB为⊙O的直径,点C,D在⊙O上,∠CAB = 36°,则∠D的度数为 .
例2 如图2,AB,AC是⊙O的两条弦,∠A = 30°,过点C的切线与OB的延长线交于点D,则∠D的度数为 .
例3 已知弦AB垂直平分⊙O的半径OC,点P是⊙O上一个动点(不与A,B重合),则∠APB的度数为 .
解析 1. ∠ACB是直径上的圆周角,故∠ACB = 90°,由∠CAB = 36°可得∠B是其余角,为54°,而∠D与∠B是同弧所对的圆周角,∠D = ∠B = 54°.
2. ∠D = 30°.连接OC,由同弧所对的圆心角等于圆周角的二倍,得∠O = 2∠A = 60°,再由切线与过切点的半径构成直角,则∠D与∠O互余,故∠D = 30°.
3. ∠APB = 120°或60°. 画出草图,分P在优弧上、劣弧上两种情况分析,P在优弧上时结合垂径定理构成直角三角形,角的正弦为0.5,则角为30°,求出等腰三角形顶角、同弧所对的圆心角与圆周角的关系,此时∠APB为60°;当P在劣弧上时,由圆内接四边形对角互补,可得此时∠APB为120°.
二、求圆中线段长度
例4 小明想知道水平的广场上大理石球的半径,于是找了两块厚10 cm的砖塞在球的两侧(如图3),并量得两砖之间的距离是60 cm,则大理石球的半径为 .
例5 如图4,⊙O的直径AB = 20 cm,点P在线段AB上,且OP ∶ PB = 2 ∶ 3,弦CD经过点P,且∠APC = 30°,则弦CD的长为 .
例6 弦AB∥弦CD,AB = 8 cm,CD = 6 cm,⊙O的直径为10 cm,则弦AB与CD之间的距离为 .
例7 如图5①,⊙O的直径AB = 20cm,点E是半圆的三等分点,点F是弧EB的中点,在AB上找一点P,使EP + FP最短,并求出最小值.
解析 4. 50 cm. 由切线性质及圆的对称性构造直角三角形,连接AB,OC,OB,由勾股定理列方程求解.
5. CD = 8cm.易得OP = 4 cm,过O作垂直于CD的线段OE,垂足为E,连接OC,OC = 10 cm,结合已知∠APC = 30°,则OE = OP = 2 cm,由垂径定理及勾股定理得CD = 2CE = 8cm.
6. 7 cm或1 cm. 利用垂径定理,分AB,CD在圆心的同一侧或两侧来考虑并画图,构造直角三角形,结合勾股定理求解.
7. P点在圆心O处时,EP + FP最短=20cm. 结合图5②利用轴对称性及两点之间线段最短,E关于AB的对称点(E),点F、(E)形成的线段为直径,因为弧FA(E)是180°的弧.
三、证明圆切线、求切线长
例8 如图6,直线PA,PB为⊙O的切线,A,B为切点,OP = 2,若PA⊥PB,则PA的长为 .
例9 如图7,△ABC内接于⊙O,AB是直径,点D是弧BC的中点,连接AD,交BC于点F. ①过点D作DE∥BC,交AC的延长线于点E,判断DE是否是⊙O的切线,并说明理由;②若CD = 6,AC ∶ AF = 4 ∶ 5,求⊙O的半径.
解析 8. PA = 2. 连接OA,OB,由切线性质,可判定四边形OAPB是正方形,从而求解.
9. ①DE是⊙O的切线. 连接OD,再由D平分弧BC(圆的对称性)得OD⊥BC,由DE∥BC则OD⊥DE,故DE是⊙O的切线. ②半径为5. 连接BD,∠ACF = ∠ADB= 90°(直径上的圆周角),由已知及锐角三角函数易得BD = CD = 6(等弧所对的弦相等),∠CAD = ∠BAD(等弧所对的圆周角相等),sin∠BAD = sin∠CAD = ,BD ∶ AB = 3 ∶ 5,即6 ∶ AB = 3 ∶ 5,则AB = 10,故⊙O的半径为5.
四、求弧长、面积
弧长l = ;S扇形 == lR;圆锥侧面积S侧面积 = πRl;圆锥全面积S全面积 = πR l + πR2. 解答弧长、扇形的面积类试题要牢记公式,并能进行灵活运用和简单的代数变换,解答扇形、圆锥类试题时,画出圆锥的展开图、示意图,会更加直观、清楚.
例10 如图8,在纸上剪下一个圆形和一个扇形纸片,使之恰好能围成一个圆锥模型. 若圆半径为r,扇形的半径为R,扇形的圆心角为90°,则r与R之间的关系是 .
解析 10. R = 4r. 因为圆形和扇形纸片能围成一个圆锥模型,所以圆的周长等于扇形的弧长,故=2πr,所以R= 4r.