20. (8分)某市一大型地下横截面为圆形的排污管道突然爆裂,为了使人们的生活不受影响,相关部门组织专业人员抢修.爆裂后的管道横截面如图所示,经测量得出管道内积水的水面宽AB为8 m.
(1) 请利用尺规作图找到管道横截面的圆心O(保留作图痕迹,不写作法);
(2) 为了保证安全作业,经过紧急排污处理,水面下降1 m后的水面CD宽为6 m,请求出此时积水的最大深度.

(1) 请利用尺规作图找到管道横截面的圆心O(保留作图痕迹,不写作法);
(2) 为了保证安全作业,经过紧急排污处理,水面下降1 m后的水面CD宽为6 m,请求出此时积水的最大深度.
答案:
20. (1) 如图
(2) 水面最大深度为1 m
20. (1) 如图
解析:
【分析】
(1) 找圆心的依据是圆的任意一条弦的垂直平分线都经过圆心,因此只需作出两条不平行弦的垂直平分线,两条线的交点即为圆心,可选择弦AB和弧上另一任意不平行于AB的弦作垂直平分线。
(2) 求解积水最大深度需运用垂径定理,过圆心作两条平行弦AB、CD的垂线,结合垂径定理得到弦长的一半,设半径和圆心到AB的距离为未知数,利用勾股定理列方程求出半径和圆心到CD的距离,最终用半径减去圆心到CD的距离即可得到积水的最大深度。
【解析】
(1) 分别作弦AB和弧EF上任意一条不与AB平行的弦的垂直平分线,两条垂直平分线的交点即为圆心O,作图痕迹如图所示。
(2) 过点O作OG⊥AB于点G,延长OG交CD于点H,
∵AB//CD,
∴OH⊥CD,
由垂径定理得:$AG=\frac{1}{2}AB=\frac{1}{2}×8=4(\mathrm{m})$,$CH=\frac{1}{2}CD=\frac{1}{2}×6=3(\mathrm{m})$,
设$\odot O$的半径为$r\ \mathrm{m}$,$OG=x\ \mathrm{m}$,
∵水面下降1 m,
∴$OH=OG+1=(x+1)\mathrm{m}$,
在$\mathrm{Rt}△ OAG$中,由勾股定理得:$r^2=x^2+4^2$ ①,
在$\mathrm{Rt}△ OCH$中,由勾股定理得:$r^2=(x+1)^2+3^2$ ②,
联立①②得:$x^2+16=(x+1)^2+9$,
展开整理得:$2x=6$,解得$x=3$,
将$x=3$代入①得$r^2=3^2+4^2=25$,
∴$r=5$($r>0$),
∴$OH=3+1=4(\mathrm{m})$,
∴此时积水的最大深度为:$r-OH=5-4=1(\mathrm{m})$。
【答案】
(1) 如图
(2) 水面最大深度为1 m
【知识点】
垂径定理;勾股定理;尺规作图找圆心
【点评】
本题结合生活实际场景命题,既考查了尺规作图的基本技能,又考查了垂径定理和勾股定理的综合应用,构造直角三角形建立方程是解决第二问的关键,体现了方程思想在几何计算中的应用。
【难度系数】
0.6
(1) 找圆心的依据是圆的任意一条弦的垂直平分线都经过圆心,因此只需作出两条不平行弦的垂直平分线,两条线的交点即为圆心,可选择弦AB和弧上另一任意不平行于AB的弦作垂直平分线。
(2) 求解积水最大深度需运用垂径定理,过圆心作两条平行弦AB、CD的垂线,结合垂径定理得到弦长的一半,设半径和圆心到AB的距离为未知数,利用勾股定理列方程求出半径和圆心到CD的距离,最终用半径减去圆心到CD的距离即可得到积水的最大深度。
【解析】
(1) 分别作弦AB和弧EF上任意一条不与AB平行的弦的垂直平分线,两条垂直平分线的交点即为圆心O,作图痕迹如图所示。
(2) 过点O作OG⊥AB于点G,延长OG交CD于点H,
∵AB//CD,
∴OH⊥CD,
由垂径定理得:$AG=\frac{1}{2}AB=\frac{1}{2}×8=4(\mathrm{m})$,$CH=\frac{1}{2}CD=\frac{1}{2}×6=3(\mathrm{m})$,
设$\odot O$的半径为$r\ \mathrm{m}$,$OG=x\ \mathrm{m}$,
∵水面下降1 m,
∴$OH=OG+1=(x+1)\mathrm{m}$,
在$\mathrm{Rt}△ OAG$中,由勾股定理得:$r^2=x^2+4^2$ ①,
在$\mathrm{Rt}△ OCH$中,由勾股定理得:$r^2=(x+1)^2+3^2$ ②,
联立①②得:$x^2+16=(x+1)^2+9$,
展开整理得:$2x=6$,解得$x=3$,
将$x=3$代入①得$r^2=3^2+4^2=25$,
∴$r=5$($r>0$),
∴$OH=3+1=4(\mathrm{m})$,
∴此时积水的最大深度为:$r-OH=5-4=1(\mathrm{m})$。
【答案】
(1) 如图
【知识点】
垂径定理;勾股定理;尺规作图找圆心
【点评】
本题结合生活实际场景命题,既考查了尺规作图的基本技能,又考查了垂径定理和勾股定理的综合应用,构造直角三角形建立方程是解决第二问的关键,体现了方程思想在几何计算中的应用。
【难度系数】
0.6
21. (10分)如图,AB为$\odot O$的直径,$AB⊥ AC$,垂足为A,BC交$\odot O$于点D,E是AC的中点,ED与AB的延长线相交于点F.
(1) 求证:DE是$\odot O$的切线.
(2) 已知$∠ F=30°$,$BF=1$,求$△ ABC$外接圆的半径.

(1) 求证:DE是$\odot O$的切线.
(2) 已知$∠ F=30°$,$BF=1$,求$△ ABC$外接圆的半径.
答案:21. (1) 连接DO,DA,证$∠ EDO=90°$ (2) 2
解析:
【分析】
(1) 要证DE是⊙O的切线,根据切线判定定理,需证DE垂直于过切点的半径,因此优先连接OD、AD。首先利用直径所对圆周角为直角,得△ADC为直角三角形,结合E是AC中点,可得ED=EA,推出对应角相等;再结合OD=OA的等边等角关系,利用∠BAC=90°等量代换即可证得OD⊥DE,完成切线证明。
(2) 先在Rt△ODF中利用30°角的性质,设⊙O半径为R,可得OF=2R,结合OF=OB+BF列方程求出R,得到AB的长度;再由角度关系推出∠ABC的度数,结合直角三角形外接圆的斜边为直径的性质,即可求出△ABC外接圆的半径。
【解析】
(1) 证明:连接OD、AD,
∵AB为⊙O的直径,
∴∠ADB=90°,即AD⊥BC,△ADC为直角三角形,
∵E是AC的中点,
∴DE=AE,
∴∠EDA=∠EAD,
∵OD=OA,
∴∠ODA=∠OAD,
∵AB⊥AC,
∴∠BAC=∠EAD+∠OAD=90°,
∴∠EDA+∠ODA=∠EDO=90°,即OD⊥DE,
又
∵OD是⊙O的半径,
∴DE是⊙O的切线。
(2) 解:设⊙O的半径为R,则OD=OB=R,
在Rt△ODF中,∠F=30°,
∴OF=2OD=2R,
∵OF=OB+BF=R+1,
∴2R=R+1,解得R=1,
∴AB=2R=2,
∵∠F=30°,∠ODF=90°,
∴∠DOF=60°,
又
∵OD=OB,
∴△ODB是等边三角形,∠ABC=60°,
在Rt△ABC中,∠BAC=90°,∠ABC=60°,
∴BC=2AB=4,
∵Rt△ABC的外接圆直径为斜边BC,
∴△ABC外接圆的半径为4÷2=2。
【答案】
(1) 证明见解析;(2) $\boldsymbol{2}$
【知识点】
切线的判定,直角三角形性质,三角形外接圆性质
【点评】
本题是圆与直角三角形结合的典型综合题,第一问考查切线的常规证明思路,核心是构造半径证垂直;第二问需要结合特殊角的性质求解,解题时需注意区分题干中两个不同圆的半径,避免概念混淆。
【难度系数】
0.65
(1) 要证DE是⊙O的切线,根据切线判定定理,需证DE垂直于过切点的半径,因此优先连接OD、AD。首先利用直径所对圆周角为直角,得△ADC为直角三角形,结合E是AC中点,可得ED=EA,推出对应角相等;再结合OD=OA的等边等角关系,利用∠BAC=90°等量代换即可证得OD⊥DE,完成切线证明。
(2) 先在Rt△ODF中利用30°角的性质,设⊙O半径为R,可得OF=2R,结合OF=OB+BF列方程求出R,得到AB的长度;再由角度关系推出∠ABC的度数,结合直角三角形外接圆的斜边为直径的性质,即可求出△ABC外接圆的半径。
【解析】
(1) 证明:连接OD、AD,
∵AB为⊙O的直径,
∴∠ADB=90°,即AD⊥BC,△ADC为直角三角形,
∵E是AC的中点,
∴DE=AE,
∴∠EDA=∠EAD,
∵OD=OA,
∴∠ODA=∠OAD,
∵AB⊥AC,
∴∠BAC=∠EAD+∠OAD=90°,
∴∠EDA+∠ODA=∠EDO=90°,即OD⊥DE,
又
∵OD是⊙O的半径,
∴DE是⊙O的切线。
(2) 解:设⊙O的半径为R,则OD=OB=R,
在Rt△ODF中,∠F=30°,
∴OF=2OD=2R,
∵OF=OB+BF=R+1,
∴2R=R+1,解得R=1,
∴AB=2R=2,
∵∠F=30°,∠ODF=90°,
∴∠DOF=60°,
又
∵OD=OB,
∴△ODB是等边三角形,∠ABC=60°,
在Rt△ABC中,∠BAC=90°,∠ABC=60°,
∴BC=2AB=4,
∵Rt△ABC的外接圆直径为斜边BC,
∴△ABC外接圆的半径为4÷2=2。
【答案】
(1) 证明见解析;(2) $\boldsymbol{2}$
【知识点】
切线的判定,直角三角形性质,三角形外接圆性质
【点评】
本题是圆与直角三角形结合的典型综合题,第一问考查切线的常规证明思路,核心是构造半径证垂直;第二问需要结合特殊角的性质求解,解题时需注意区分题干中两个不同圆的半径,避免概念混淆。
【难度系数】
0.65