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考点18 圆的性质及与圆有关的位置关系
一、圆的有关概念
1.与圆有关的概念和性质
(1)圆:平面上到定点的距离等于定长的所有点组成的图形.
(2)弦与直径:连接圆上任意两点的线段叫做弦,过圆心的弦叫做直径,直径是圆内最长的弦.(3)弧:圆上任意两点间的部分叫做弧,小于半圆的弧叫做劣弧,大于半圆的弧叫做优弧.
(4)圆心角:顶点在圆心的角叫做圆心角.
(5)圆周角:顶点在圆上,并且两边都与圆还有一个交点的角叫做圆周角.
(6)弦心距:圆心到弦的距离.
2.注意
(1)经过圆心的直线是该圆的对称轴,故圆的对称轴有无数条;
(2)3点确定一个圆,经过1点或2点的圆有无数个.
(3)任意三角形的三个顶点确定一个圆,即该三角形的外接圆.
二、垂径定理及其推论
1.垂径定理
垂直于弦的直径平分这条弦,并且平分弦所对的两条弧.
关于垂径定理的计算常与勾股定理相结合,解题时往往需要添加辅助线,一般过圆心作弦的垂线,构造直角三角形.
2.推论
(1)平分弦(不是直径)的直径垂直于弦,并且平分弦所对的两条弧;
(2)弦的垂直平分线经过圆心,并且平分弦所对的两条弧.
三、圆心角、弧、弦的关系
1.定理
在同圆或等圆中,相等的圆心角所对的弧相等,所对的弦相等.圆心角、弧和弦之间的等量关系必须在同圆等式中才成立.
2.推论
在同圆或等圆中,如果两个圆心角、两条弧、两条弦中有一组量相等,那么它们所对应的其余各组量都分别相等.
四、圆周角定理及其推论
1.定理
一条弧所对的圆周角等于它所对的圆心角的一半.
2.推论
(1)在同圆或等圆中,同弧或等弧所对的圆周角相等.
(2)直径所对的圆周角是直角.
圆内接四边形的对角互补.在圆中求角度时,通常需要通过一些圆的性质进行转化.比如圆心角与圆周角间的转化;同弧或等弧的圆周角间的转化;连直径,得到直角三角形,通过两锐角互余进行转化等.五、与圆有关的位置关系
1.点与圆的位置关系
设点到圆心的距离为d.
(1)d (2)d=r?点在⊙O上; (3)d>r?点在⊙O外. 判断点与圆之间的位置关系,将该点的圆心距与半径作比较即可. 2.直线和圆的位置关系 由于圆是轴对称和中心对称图形,所以关于圆的位置或计算题中常常出现分类讨论多解的情况.六、切线的性质与判定 1.切线的性质 (1)切线与圆只有一个公共点. (2)切线到圆心的距离等于圆的半径. (3)切线垂直于经过切点的半径. 利用切线的性质解决问题时,通常连过切点的半径,利用直角三角形的性质来解决问题. 2.切线的判定 (1)与圆只有一个公共点的直线是圆的切线(定义法). (2)到圆心的距离等于半径的直线是圆的切线. (3)经过半径外端点并且垂直于这条半径的直线是圆的切线. 切线判定常用的证明方法: ①知道直线和圆有公共点时,连半径,证垂直; ②不知道直线与圆有没有公共点时,作垂直,证垂线段等于半径. 七、三角形与圆 1.三角形的外接圆相关概念 经过三角形各顶点的圆叫做三角形的外接圆,外接圆的圆心叫做三角形的外心,这个三角形叫做圆的内接三角形. 外心是三角形三条垂直平分线的交点,它到三角形的三个顶点的距离相等. 2.三角形的内切圆 与三角形各边都相切的圆叫做三角形的内切圆,内切圆的圆心叫做三角形的内心,这个三角形叫做圆的外切三角形. 内心是三角形三条角平分线的交点,它到三角形的三条边的距离相等. 考向一圆的基本认识 1.在一个圆中可以画出无数条弦和直径. 2.直径是弦,但弦不一定是直径. 3.在同一个圆中,直径是最长的弦. 4.半圆是弧,但弧不一定是半圆.弧有长度和度数,规定半圆的度数为180°,劣弧的度数小于180°,优弧的度数大于180°. 5.在同圆或等圆中能够互相重合的弧是等弧,度数或长度相等的弧不一定是等弧. 典例1下列命题中正确的有 ①弦是圆上任意两点之间的部分;②半径是弦;③直径是最长的弦;④弧是半圆,半圆是弧. A.1个B.2个 C.3个D.4个 【答案】A 【解析】①弦是圆上任意两点之间所连线段,所以①错误; ②半径不是弦,所以②错误; ③直径是最长的弦,正确; ④只有180°的弧才是半圆,所以④错误,故选A. 1.把圆的半径缩小到原来的1 4 ,那么圆的面积缩小到原来的 A.1 2 B. 1 4 C.1 8 D. 1 16 2.半径为5的圆的一条弦长不可能是 A.3 B.5 C.10 D.12 考向二垂径定理 1.垂径定理中的“弦”为直径时,结论仍然成立. 2.垂径定理是证明线段相等、弧相等的重要依据,同时也为圆的计算和作图问题提供了理论依据. 典例2如图,已知⊙O的半径为6 cm,两弦AB与CD垂直相交于点E,若CE=3 cm,DE=9 cm,则AB= A3cm B.3cm C.3D.3 【答案】D 【解析】如图,连接OA, ∵⊙O的半径为6 cm,CE+DE=12 cm, ∴CD是⊙O的直径, ∵CD⊥AB, ∴AE=BE,OE=3,OA=6, ∴AE=2233 OA OE -=, ∴AB=2AE=63, 故选D. 典例3如图,将半径为2 cm的圆形纸片折叠后,圆弧恰好经过圆心O,则折痕AB的长为 A.2 cm B.3cm C.23cm D.25cm 【答案】C 【解析】在图中构建直角三角形,先根据勾股定理得AD的长,再根据垂径定理得AB的长.作OD⊥AB于D,连接OA. 根据题意得OD=1 2 OA=1cm,再根据勾股定理得:AD3, 根据垂径定理得AB3.故选C. 3.如图,⊙O的直径为10,圆心O到弦AB的距离OM的长为4,则弦AB的长是 A.3 B.6 C.4 D.8 4.如图,某菜农在蔬菜基地搭建了一个横截面为圆弧形的蔬菜大棚,大棚的跨度弦AB的长为851 米, 大棚顶点C离地面的高度为2.3米. (1)求该圆弧形所在圆的半径; (2)若该菜农的身高为1.70米,则他在不弯腰的情况下,横向活动的范围有几米? 考向三弧、弦、圆心角、圆周角 1.圆心角的度数等于它所对弧的度数,把顶点在圆心的周角等分成360份,每一份的圆心角是1°的角,1°的圆心角对着1°的弧. 2.圆周角要具备两个特征:①顶点在圆上;②角的两边都和圆相交,二者缺一不可. 典例4如图,在⊙O中∠O=50°,则∠A的度数为 A.50°B.20°C.30°D.25°【答案】D 【解析】∠A=1 2 BOC= 1 2 ×50°=25°. 故选D. 典例5如图,AB是⊙O的直径,△ACD内接于⊙O,延长AB,CD相交于点E,若∠CAD=35°,∠CDA=40°,则∠E的度数是 A.20°B.25°C.30°D.35° 【答案】B 【解析】如图,连接BD, ∵AB是⊙O的直径,∴∠ADB=90°, 由三角形内角和定理得,∠ACD=180°﹣∠CAD﹣∠CDA=105°, ∴∠ABD=180°﹣∠ACD=75°, ∴∠BAD=90°﹣∠ABD=15°, ∴∠E=∠CDA﹣∠DAB=25°,故选B. 5.如图,AB为⊙O的直径,点C在⊙O上,若∠OCA=50°,AB=4,则?BC的长为 A.10 3 πB. 10 9 πC. 5 9 πD. 5 18 π 6.如图,AB是⊙O的直径,??? = BC CD DE =,∠COD=38°,则∠AEO的度数是 A.52°B.57°C.66°D.78° 考向四点、直线与圆的位置关系 1.点和圆的位置关系:①在圆上;②在圆内;③在圆外. 2.直线和圆的位置关系:相交、相切、相离. 典例6已知⊙O的半径是5,点A到圆心O的距离是7,则点A与⊙O的位置关系是A.点A在⊙O上B.点A在⊙O内 C.点A在⊙O外D.点A与圆心O重合 【答案】C 【解析】∵O的半径是5,点A到圆心O的距离是7, 即点A到圆心O的距离大于圆的半径, ∴点A在⊙O外.故选C. 【点睛】直接根据点与圆的位置关系的判定方法进行判断. 典例7在△ABC中,AB=AC=2,∠A=150°,那么半径长为1的⊙B和直线AC的位置关系是A.相离B.相切 C.相交D.无法确定 【答案】B 【解析】过B作BD⊥AC交CA的延长线于D,∵∠BAC=150,∴∠DAB=30°,∴BD=11 2 22 AB=?=1, 即B到直线AC的距离等于⊙B的半径,∴半径长为1的⊙B和直线AC的位置关系是相切,故选B. 【点睛】本题考查了直线与圆的位置关系的应用,过B作BD⊥AC交CA的延长线于D,求出BD和⊙B的 半径比较即可,主要考查学生的推理能力. 7.如图,⊙O的半径为5cm,直线l到点O的距离OM=3cm,点A在l上,AM=3.8cm,则点A与⊙O的位置关系是 A.在⊙O内B.在⊙O上 C.在⊙O外D.以上都有可能 8.如图,⊙O的半径OC=5cm,直线l⊥OC,垂足为H,且l交⊙O于A、B两点,AB=8cm,则l沿OC 所在直线向下平移__________cm时与⊙O相切. 考向五切线的性质与判定 有圆的切线时,常常连接圆心和切点得切线垂直半径,这是圆中作辅助线的一种方法. 典例8如图,⊙O以AB为直径,PB切⊙O于B,近接AP,交⊙O于C,若∠PBC=50°,∠ABC= A.30°B.40°C.50°D.60° 【答案】B 【解析】∵⊙O 以AB 为直径,PB 切⊙O 于B , ∴∠PBA =90°, ∵∠PBC =50°, ∴∠ABC =40°. 故选B . 典例9 如图,Rt △ABC 中,∠C =90°,AB =5,AC =3,点E 在中线AD 上,以E 为圆心的⊙E 分别与AB 、BC 相切,则⊙E 的半径为 A .7 8 B . 67 C .56 D .1 【答案】B 【解析】作EH ⊥AC 于H ,EF ⊥BC 于F ,EG ⊥AB 于G ,连接EB ,EC ,设⊙E 的半径为r ,如图, ∵∠C =90°,AB =5,AC =3,∴BC = 22AB AC -=4,而AD 为中线,∴DC =2, ∵以E 为圆心的⊙E 分别与AB 、BC 相切,∴EG =EF =r ,∴HC =r ,AH =3–r , ∵EH ∥BC ,∴△AEH ∽△ADC , ∴EH ∶CD =AH ∶AC ,即EH =233 r -() , ∵S △ABE +S △BCE +S △ACE =S △ABC , ∴ ()1112154333422232r r r ??+??+??-=??,∴6 7 r =.故选B . 9.已知四边形ABCD是梯形,且AD∥BC,AD A.大于B.等于 C.小于D.不能确定 ⊥于E. 10.如图,以等腰△ABC的腰AB为⊙O的直径交底边BC于D,DE AC =; 求证:(1)DB DC (2)DE为⊙O的切线. 1.下列关于圆的叙述正确的有 ①圆内接四边形的对角互补; ②相等的圆周角所对的弧相等; ③正多边形内切圆的半径与正多边形的半径相等; ④同圆中的平行弦所夹的弧相等. A.1个B.2个 C.3个D.4个 2.如图,AB是⊙O的直径,C是⊙O上一点(A、B除外),∠AOD=136°,则∠C的度数是 A .44° B .22° C .46° D .36° 3.如图,半径为5的⊙A 中,弦BC ,ED 所对的圆心角分别是∠BAC ,∠EAD ,已知DE =6,∠BAC +∠EAD =180°,则弦BC 的长等于 A .41 B .34 C .8 D .6 4.如图,在平面直角坐标系中,过格点A ,B ,C 作一圆弧,则圆心坐标是 A .点(1,0) B .点(2,1) C .点(2,0) D .点(2.5,1) 5.如图,O e 的直径8AB =,30CBD ∠=?,则CD 的长为 A .2 B .23 C .4 D .43 6.如图,一圆内切四边形ABCD ,且BC =10,AD =7,则四边形的周长为 A .32 B .34 C .36 D .38 7.已知在⊙O 中,AB =BC ,且??34AB AMC =∶∶,则∠AOC =__________. 8.如图,A 、B 、C 、D 都在⊙O 上,∠B =130°,则∠AOC 的度数是__________. 9.如图,PA 、PB 分别切⊙O 于A 、B ,并与圆O 的切线DC 分别相交于D 、C .已知△PCD 的周长等于 14 cm ,则PA =__________cm . 10.如图,在⊙O 的内接四边形ABCD 中,AB AD =,120C ∠=?,点E 在弧AD 上.若AE 恰好为⊙O 的内接正十边形的一边,?DE 的度数为__________. 11.如图,半圆O 的直径是AB ,弦AC 与弦BD 交于点E ,且OD ⊥AC ,若∠DEF =60°,则tan ∠ABD =__________. 12.如图,AB 为⊙O 的直径,C 、F 为⊙O 上两点,且点C 为弧BF 的中点,过点C 作AF 的垂线,交AF 的延长线于点E ,交AB 的延长线于点D . (1)求证:DE 是⊙O 的切线; (2)如果半径的长为3,tan D = 3 4 ,求AE 的长. 13.如图,在△ABC中,∠C=90°,点O在AC上,以OA为半径的⊙O交AB于点D,BD的垂直平分线交BC于点E,交BD于点F,连接DE. (1)判断直线DE与⊙O的位置关系,并说明理由; (2)若AC=6,BC=8,OA=2,求线段DE的长. 14.如图1,⊙O是△ABC的外接圆,AB是直径,D是⊙O外一点且满足∠DCA=∠B,连接AD.(1)求证:CD是⊙O的切线; (2)若AD⊥CD,CD=2,AD=4,求直径AB的长; (3)如图2,当∠DAB=45°时,AD与⊙O交于E点,试写出AC、EC、BC之间的数量关系并证明. 1.(2019?吉林)如图,在O e 中,?AB 所对的圆周角50ACB ∠=?,若P 为?AB 上一点,55AOP ∠=?,则POB ∠的度数为 A .30° B .45° C .55° D .60° 2.(2019?贵港)如图,AD 是O e 的直径,??AB CD =,若40AOB ∠=?,则圆周角BPC ∠的度数是 A .40? B .50? C .60? D .70? 3.(2019?广元)如图,AB ,AC 分别是⊙O 的直径和弦,OD AC ⊥于点D ,连接BD ,BC ,且10AB =, 8AC =,则BD 的长为 A.25B.4 C.213D.4.8 4.(2019?益阳)如图,PA、PB为圆O的切线,切点分别为A、B,PO交AB于点C,PO的延长线交圆O于点D,下列结论不一定成立的是 A.PA=PB B.∠BPD=∠APD C.AB⊥PD D.AB平分PD 5.(2019?福建)如图,PA、PB是⊙O切线,A、B为切点,点C在⊙O上,且∠ACB=55°,则∠APB 等于 A.55°B.70°C.110°D.125° 6.(2019?重庆)如图,AB是⊙O的直径,AC是⊙O的切线,A为切点,若∠C=40°,则∠B的度数为 A.60°B.50°C.40°D.30° 7.(2019?甘肃)如图,AB是⊙O的直径,点C、D是圆上两点,且∠AOC=126°,则∠CDB= A .54° B .64° C .27° D .37° 8.(2019?仙桃)如图,AB 为O e 的直径,BC 为O e 的切线,弦AD ∥OC ,直线CD 交的BA 延长线于点 E ,连接BD .下列结论:①CD 是O e 的切线;②CO DB ⊥;③EDA EBD △∽△;④ ED BC BO BE ?=?.其中正确结论的个数有 A .4个 B .3个 C .2个 D .1个 9.(2019?娄底)如图,C 、D 两点在以AB 为直径的圆上,2AB =,30ACD ∠=?,则AD =__________. 10.(2019?安徽)如图,△ABC 内接于⊙O ,∠CAB =30°,∠CBA =45°,CD ⊥AB 于点D ,若⊙O 的半径为 2,则CD 的长为__________. 11.(2019?福建)如图,四边形ABCD 内接于⊙O ,AB =AC ,AC ⊥BD ,垂足为E ,点F 在BD 的延长线上, 且DF =DC ,连接AF 、CF . (1)求证:∠BAC=2∠CAD; (2)若AF=10,BC=45,求tan∠BAD的值. 12.(2019?河南)如图,在△ABC中,BA=BC,∠ABC=90°,以AB为直径的半圆O交AC于点D,点E 是?BD上不与点B,D重合的任意一点,连接AE交BD于点F,连接BE并延长交AC于点G. (1)求证:△ADF≌△BDG; (2)填空: ①若AB=4,且点E是?BD的中点,则DF的长为__________; ②取?AE的中点H,当∠EAB的度数为__________时,四边形OBEH为菱形. 变式训练 1.【答案】D 【解析】设原来的圆的半径为r,则面积S 1 =πr2, ∴半径缩小到原来的 1 4 后所得新圆的面积22 2 11 π()π 416 S r r ==,∴ 2 2 2 1 1 π 1 16 π16 r S S r ==,故选D. 2.【答案】D 【解析】∵圆的半径为5,∴圆的直径为10, 又∵直径是圆中最长的弦,∴圆中任意一条弦的长度10 l≤,故选D.3.【答案】B 【解析】如图,连接OA,∵O e的直径为10,5 OA ∴=,∵圆心O到弦AB的距离OM的长为4, 由垂径定理知,点M是AB的中点, 1 2 AM AB =, 由勾股定理可得,3 AM=,所以6 AB=.故选B. 4.【解析】(1)如图所示: CO⊥AB于点D, 设圆弧形所在圆的半径为xm,根据题意可得:DO2+BD2=BO2, 则(x–2.3)2+ 851 × 1 2 )2=x2,解得x=3. 答:圆弧形所在圆的半径为3米; (2)如图所示:当MN=1.7米,则过点N作NF⊥CO于点F,