20. 已知:如图,⊙O的半径为8 cm,点A在半径OB 的延长线上,射线AC切⊙O于点C,BC的长为$\frac{8}{3}π$ cm.求线段AB的长.

答案:20. 8 cm
解析:
【分析】
要求AB的长,观察图形可知AB=AO-OB,已知OB是⊙O的半径为8cm,因此只需先求出AO的长度即可。解题思路如下:①利用弧长公式,结合已知的弧BC的长度和圆的半径,求出圆心角∠BOC的度数;②根据切线的性质可得OC⊥AC,得到Rt△ACO,结合求出的∠BOC的度数,利用直角三角形的边角关系求出AO的长度;③用AO的长度减去半径OB的长度,即可得到AB的长。
【解析】
解:设∠BOC的度数为$n°$,
根据弧长公式$l=\frac{nπ r}{180}$,将弧BC的长$l=\frac{8}{3}π\ \mathrm{cm}$,半径$r=8\ \mathrm{cm}$代入得:
$\frac{nπ×8}{180}=\frac{8}{3}π$
约去两边的$π$,解得$n=60$,即$∠ BOC=60°$。
∵AC是⊙O的切线,C为切点,
∴$OC⊥ AC$,即$∠ ACO=90°$,
在Rt△ACO中,$∠ AOC=60°$,则$∠ A=30°$,
∴$AO=2OC=2×8=16\ \mathrm{cm}$,
又
∵$OB=8\ \mathrm{cm}$,
∴$AB=AO-OB=16-8=8\ \mathrm{cm}$。
【答案】
8 cm
【知识点】
弧长的计算,切线的性质,含30°角的直角三角形的性质
【点评】
本题是圆的基础综合题,解题的关键是先通过弧长公式求出圆心角的度数,再结合切线的性质构造直角三角形求解,解题时要注意知识点之间的关联应用。
【难度系数】
0.7
要求AB的长,观察图形可知AB=AO-OB,已知OB是⊙O的半径为8cm,因此只需先求出AO的长度即可。解题思路如下:①利用弧长公式,结合已知的弧BC的长度和圆的半径,求出圆心角∠BOC的度数;②根据切线的性质可得OC⊥AC,得到Rt△ACO,结合求出的∠BOC的度数,利用直角三角形的边角关系求出AO的长度;③用AO的长度减去半径OB的长度,即可得到AB的长。
【解析】
解:设∠BOC的度数为$n°$,
根据弧长公式$l=\frac{nπ r}{180}$,将弧BC的长$l=\frac{8}{3}π\ \mathrm{cm}$,半径$r=8\ \mathrm{cm}$代入得:
$\frac{nπ×8}{180}=\frac{8}{3}π$
约去两边的$π$,解得$n=60$,即$∠ BOC=60°$。
∵AC是⊙O的切线,C为切点,
∴$OC⊥ AC$,即$∠ ACO=90°$,
在Rt△ACO中,$∠ AOC=60°$,则$∠ A=30°$,
∴$AO=2OC=2×8=16\ \mathrm{cm}$,
又
∵$OB=8\ \mathrm{cm}$,
∴$AB=AO-OB=16-8=8\ \mathrm{cm}$。
【答案】
8 cm
【知识点】
弧长的计算,切线的性质,含30°角的直角三角形的性质
【点评】
本题是圆的基础综合题,解题的关键是先通过弧长公式求出圆心角的度数,再结合切线的性质构造直角三角形求解,解题时要注意知识点之间的关联应用。
【难度系数】
0.7
21. 如图①,在边长为1的正方形ABCD中,对角线AC,BD相交于点M,直线EF经过点A,且与BD平行,O是AC上一动点,以点O为圆心,OA为半径画圆.
(1) 求证:直线EF是$\odot O$的切线.
(2) 如图②,当$\odot O$与BC相切于点N时,求$\odot O$的半径.

(1) 求证:直线EF是$\odot O$的切线.
(2) 如图②,当$\odot O$与BC相切于点N时,求$\odot O$的半径.
答案:21. (1) 提示:易证$OA⊥ EF$
(2) 提示:连接ON,设$ON=r$,易证$CN=ON$,可求得$CA=\sqrt{2}$,$OC=\sqrt{2}-r$. 由$ON^2+CN^2=OC^2$,可求得$r=2-\sqrt{2}$,即$\odot O$的半径为$2-\sqrt{2}$
(2) 提示:连接ON,设$ON=r$,易证$CN=ON$,可求得$CA=\sqrt{2}$,$OC=\sqrt{2}-r$. 由$ON^2+CN^2=OC^2$,可求得$r=2-\sqrt{2}$,即$\odot O$的半径为$2-\sqrt{2}$
解析:
【分析】
(1) 要证明直线EF是$\odot O$的切线,根据切线的判定定理,只需证明半径OA垂直于EF即可。结合正方形对角线互相垂直的性质,以及$BD// EF$的条件,可推出$AC⊥ EF$,进而得证。
(2) 要求$\odot O$的半径,可设半径为$r$,连接切点$N$与圆心$O$,根据切线的性质得$ON⊥ BC$;结合正方形对角线平分内角的性质,可知$△ ONC$为等腰直角三角形,得到$CN=ON=r$;再求出正方形对角线$AC$的长度,用含$r$的式子表示$OC$,最后在$Rt△ ONC$中利用勾股定理列方程求解即可。
【解析】
(1) 证明:$\because$四边形$ABCD$是正方形,
$\therefore$对角线$AC⊥ BD$,
又$\because BD// EF$,
$\therefore AC⊥ EF$,即$OA⊥ EF$,
$\because OA$是$\odot O$的半径,
$\therefore$直线$EF$是$\odot O$的切线。
(2) 解:连接$ON$,
$\because \odot O$与$BC$相切于点$N$,
$\therefore ON⊥ BC$,
设$\odot O$的半径为$r$,则$OA=ON=r$,
$\because$正方形$ABCD$的边长为1,
$\therefore$对角线$AC=\sqrt{1^2+1^2}=\sqrt{2}$,
$\therefore OC=AC-OA=\sqrt{2}-r$,
$\because$正方形中$AC$平分$∠ BCD$,$∠ BCD=90°$,
$\therefore ∠ OCN=45°$,
在$Rt△ ONC$中,$∠ ONC=90°$,$∠ OCN=45°$,
$\therefore CN=ON=r$,
由勾股定理得:$ON^2+CN^2=OC^2$,
代入得:$r^2+r^2=(\sqrt{2}-r)^2$,
化简得:$2r^2=2-2\sqrt{2}r+r^2$,
整理得:$r^2+2\sqrt{2}r-2=0$,
解得:$r_1=2-\sqrt{2}$,$r_2=-2-\sqrt{2}$(半径为正数,舍去),
故$\odot O$的半径为$2-\sqrt{2}$。
【答案】
(1) 证明见解析;
(2) $\boxed{2-\sqrt{2}}$
【知识点】
切线的判定与性质;正方形的性质;勾股定理的应用
【点评】
本题属于几何综合题,将正方形性质与圆的切线知识相结合,解题的关键是熟练运用切线的判定和性质构造直角三角形,结合方程思想求解,较好地考查了几何逻辑推理能力和计算能力。
【难度系数】
0.6
(1) 要证明直线EF是$\odot O$的切线,根据切线的判定定理,只需证明半径OA垂直于EF即可。结合正方形对角线互相垂直的性质,以及$BD// EF$的条件,可推出$AC⊥ EF$,进而得证。
(2) 要求$\odot O$的半径,可设半径为$r$,连接切点$N$与圆心$O$,根据切线的性质得$ON⊥ BC$;结合正方形对角线平分内角的性质,可知$△ ONC$为等腰直角三角形,得到$CN=ON=r$;再求出正方形对角线$AC$的长度,用含$r$的式子表示$OC$,最后在$Rt△ ONC$中利用勾股定理列方程求解即可。
【解析】
(1) 证明:$\because$四边形$ABCD$是正方形,
$\therefore$对角线$AC⊥ BD$,
又$\because BD// EF$,
$\therefore AC⊥ EF$,即$OA⊥ EF$,
$\because OA$是$\odot O$的半径,
$\therefore$直线$EF$是$\odot O$的切线。
(2) 解:连接$ON$,
$\because \odot O$与$BC$相切于点$N$,
$\therefore ON⊥ BC$,
设$\odot O$的半径为$r$,则$OA=ON=r$,
$\because$正方形$ABCD$的边长为1,
$\therefore$对角线$AC=\sqrt{1^2+1^2}=\sqrt{2}$,
$\therefore OC=AC-OA=\sqrt{2}-r$,
$\because$正方形中$AC$平分$∠ BCD$,$∠ BCD=90°$,
$\therefore ∠ OCN=45°$,
在$Rt△ ONC$中,$∠ ONC=90°$,$∠ OCN=45°$,
$\therefore CN=ON=r$,
由勾股定理得:$ON^2+CN^2=OC^2$,
代入得:$r^2+r^2=(\sqrt{2}-r)^2$,
化简得:$2r^2=2-2\sqrt{2}r+r^2$,
整理得:$r^2+2\sqrt{2}r-2=0$,
解得:$r_1=2-\sqrt{2}$,$r_2=-2-\sqrt{2}$(半径为正数,舍去),
故$\odot O$的半径为$2-\sqrt{2}$。
【答案】
(1) 证明见解析;
(2) $\boxed{2-\sqrt{2}}$
【知识点】
切线的判定与性质;正方形的性质;勾股定理的应用
【点评】
本题属于几何综合题,将正方形性质与圆的切线知识相结合,解题的关键是熟练运用切线的判定和性质构造直角三角形,结合方程思想求解,较好地考查了几何逻辑推理能力和计算能力。
【难度系数】
0.6
如图,在矩形ABCD中,AB=m,AD=n.
(1)若m=4,矩形ABCD的边CD上是否存在点P,使得∠APB=90°?写出点P存在或不存在的可能情况和此时n满足的条件.
(2)矩形ABCD的边上是否存在点P,使得∠APB=60°?写出点P存在或不存在的可能情况和此时m,n满足的条件.
(1)若m=4,矩形ABCD的边CD上是否存在点P,使得∠APB=90°?写出点P存在或不存在的可能情况和此时n满足的条件.
(2)矩形ABCD的边上是否存在点P,使得∠APB=60°?写出点P存在或不存在的可能情况和此时m,n满足的条件.
答案:(1) ① 当$0<n<2$时,CD上存在2个点P,使得$∠APB=90°$;② 当$n=2$时,CD上存在1个点P,使得$∠APB=90°$;③ 当$n>2$时,CD上不存在满足条件的点P
(2) ① 当$n<\frac{\sqrt{3}}{3}m$时,矩形ABCD的边上不存在点P,使得$∠APB=60°$;② 当$n=\frac{\sqrt{3}}{3}m$时,矩形ABCD的边上存在2个点P,使得$∠APB=60°$;③ 当$\frac{\sqrt{3}}{3}m<n<\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,矩形ABCD的边上存在4个点P,使得$∠APB=60°$;④ 当$n=\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,矩形ABCD的边上存在3个点P,使得$∠APB=60°$;⑤ 当$n>\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,矩形ABCD的边上存在2个点P,使得$∠APB=60°$.
(2) ① 当$n<\frac{\sqrt{3}}{3}m$时,矩形ABCD的边上不存在点P,使得$∠APB=60°$;② 当$n=\frac{\sqrt{3}}{3}m$时,矩形ABCD的边上存在2个点P,使得$∠APB=60°$;③ 当$\frac{\sqrt{3}}{3}m<n<\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,矩形ABCD的边上存在4个点P,使得$∠APB=60°$;④ 当$n=\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,矩形ABCD的边上存在3个点P,使得$∠APB=60°$;⑤ 当$n>\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,矩形ABCD的边上存在2个点P,使得$∠APB=60°$.
解析:
【分析】
(1) 要判断CD上是否存在点P使∠APB=90°,可根据“直径所对的圆周角为直角”,得出点P的轨迹是以AB为直径的圆,问题转化为判断该圆与CD边的交点个数,只需比较圆心到CD的距离(即AD的长n)和圆半径的大小关系即可。
(2) 要判断矩形边上是否存在点P使∠APB=60°,可结合圆周角定理确定点P的轨迹为以AB为弦、所对圆周角为60°的圆弧,再通过计算两个临界值:点P在顶点C/D时∠APB=60°对应的n值、△APB为等边三角形时对应的n值,分区间讨论圆弧与矩形边的交点个数即可。
【解析】
(1) 由圆周角定理可知:若∠APB=90°,则点P在以AB为直径的圆上。
已知AB=m=4,因此该圆半径$r=\frac{AB}{2}=2$,圆心为AB中点,圆心到CD边的距离等于AD的长度n:
① 当$0<n<2$时,圆心到CD的距离小于半径,圆与CD有2个交点,故CD上存在2个满足条件的点P;
② 当$n=2$时,圆心到CD的距离等于半径,圆与CD相切,有1个交点,故CD上存在1个满足条件的点P;
③ 当$n>2$时,圆心到CD的距离大于半径,圆与CD无交点,故CD上不存在满足条件的点P。
(2) 先确定两个临界情况:
临界1:当点P与D(或C)重合时,∠APB=60°,在Rt△ABD中,$\tan∠ ADB=\frac{AB}{AD}=\frac{m}{n}=\tan60°=\sqrt{3}$,解得$n=\frac{\sqrt{3}}{3}m$;
临界2:当点P在CD上且△APB为等边三角形时,等边三角形AB边上的高等于AD的长,即$n=\frac{\sqrt{3}}{2}m$。
结合轨迹与矩形边的位置关系分情况讨论:
① 当$n<\frac{\sqrt{3}}{3}m$时,矩形边上任意点P对应的∠APB均小于60°,不存在满足条件的点P;
② 当$n=\frac{\sqrt{3}}{3}m$时,仅C、D两点满足条件,共2个点;
③ 当$\frac{\sqrt{3}}{3}m<n<\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,AD、BC边上各有1个点,CD边上有2个点满足条件,共4个点;
④ 当$n=\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,AD、BC边上各有1个点,CD边中点1个点满足条件,共3个点;
⑤ 当$n>\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,仅AD、BC边上各有1个点满足条件,共2个点。
【答案】
(1) ① 当$0<n<2$时,CD上存在2个点P,使得$∠APB=90°$;② 当$n=2$时,CD上存在1个点P,使得$∠APB=90°$;③ 当$n>2$时,CD上不存在满足条件的点P
(2) ① 当$n<\frac{\sqrt{3}}{3}m$时,矩形ABCD的边上不存在点P,使得$∠APB=60°$;② 当$n=\frac{\sqrt{3}}{3}m$时,矩形ABCD的边上存在2个点P,使得$∠APB=60°$;③ 当$\frac{\sqrt{3}}{3}m<n<\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,矩形ABCD的边上存在4个点P,使得$∠APB=60°$;④ 当$n=\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,矩形ABCD的边上存在3个点P,使得$∠APB=60°$;⑤ 当$n>\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,矩形ABCD的边上存在2个点P,使得$∠APB=60°$
【知识点】
1. 圆周角定理 2. 矩形的性质 3. 直线与圆的位置关系
【点评】
本题将角度存在性问题转化为动点轨迹与图形的交点问题,考查了对圆周角定理的灵活运用和分类讨论的数学思想,解题关键是准确找到不同情况的临界值划分讨论区间,避免漏解。
【难度系数】
0.35
(1) 要判断CD上是否存在点P使∠APB=90°,可根据“直径所对的圆周角为直角”,得出点P的轨迹是以AB为直径的圆,问题转化为判断该圆与CD边的交点个数,只需比较圆心到CD的距离(即AD的长n)和圆半径的大小关系即可。
(2) 要判断矩形边上是否存在点P使∠APB=60°,可结合圆周角定理确定点P的轨迹为以AB为弦、所对圆周角为60°的圆弧,再通过计算两个临界值:点P在顶点C/D时∠APB=60°对应的n值、△APB为等边三角形时对应的n值,分区间讨论圆弧与矩形边的交点个数即可。
【解析】
(1) 由圆周角定理可知:若∠APB=90°,则点P在以AB为直径的圆上。
已知AB=m=4,因此该圆半径$r=\frac{AB}{2}=2$,圆心为AB中点,圆心到CD边的距离等于AD的长度n:
① 当$0<n<2$时,圆心到CD的距离小于半径,圆与CD有2个交点,故CD上存在2个满足条件的点P;
② 当$n=2$时,圆心到CD的距离等于半径,圆与CD相切,有1个交点,故CD上存在1个满足条件的点P;
③ 当$n>2$时,圆心到CD的距离大于半径,圆与CD无交点,故CD上不存在满足条件的点P。
(2) 先确定两个临界情况:
临界1:当点P与D(或C)重合时,∠APB=60°,在Rt△ABD中,$\tan∠ ADB=\frac{AB}{AD}=\frac{m}{n}=\tan60°=\sqrt{3}$,解得$n=\frac{\sqrt{3}}{3}m$;
临界2:当点P在CD上且△APB为等边三角形时,等边三角形AB边上的高等于AD的长,即$n=\frac{\sqrt{3}}{2}m$。
结合轨迹与矩形边的位置关系分情况讨论:
① 当$n<\frac{\sqrt{3}}{3}m$时,矩形边上任意点P对应的∠APB均小于60°,不存在满足条件的点P;
② 当$n=\frac{\sqrt{3}}{3}m$时,仅C、D两点满足条件,共2个点;
③ 当$\frac{\sqrt{3}}{3}m<n<\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,AD、BC边上各有1个点,CD边上有2个点满足条件,共4个点;
④ 当$n=\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,AD、BC边上各有1个点,CD边中点1个点满足条件,共3个点;
⑤ 当$n>\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,仅AD、BC边上各有1个点满足条件,共2个点。
【答案】
(1) ① 当$0<n<2$时,CD上存在2个点P,使得$∠APB=90°$;② 当$n=2$时,CD上存在1个点P,使得$∠APB=90°$;③ 当$n>2$时,CD上不存在满足条件的点P
(2) ① 当$n<\frac{\sqrt{3}}{3}m$时,矩形ABCD的边上不存在点P,使得$∠APB=60°$;② 当$n=\frac{\sqrt{3}}{3}m$时,矩形ABCD的边上存在2个点P,使得$∠APB=60°$;③ 当$\frac{\sqrt{3}}{3}m<n<\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,矩形ABCD的边上存在4个点P,使得$∠APB=60°$;④ 当$n=\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,矩形ABCD的边上存在3个点P,使得$∠APB=60°$;⑤ 当$n>\frac{\sqrt{3}}{2}m$时,矩形ABCD的边上存在2个点P,使得$∠APB=60°$
【知识点】
1. 圆周角定理 2. 矩形的性质 3. 直线与圆的位置关系
【点评】
本题将角度存在性问题转化为动点轨迹与图形的交点问题,考查了对圆周角定理的灵活运用和分类讨论的数学思想,解题关键是准确找到不同情况的临界值划分讨论区间,避免漏解。
【难度系数】
0.35