四点共圆问题在几何解题中的应用

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  摘 要:四点共圆问题在几何解题中具有广泛性和灵活性的特点,通常情况下,题目中不会明确说明需要用到四点共圆的知识。因此解答这类问题时需要学生灵活地开动脑筋,这也是这一类问题备受各种竞赛和考试命题者青睐的原因。本文首先给出四点共圆的性质和判定定理,然后举例说明了不同情况下利用四点共圆来解题的思路。
  关键词:四点共圆;几何问题;解题思路
  一、 四点共圆在几何证明中的一般解法
  在几何证明题中,想要证明一个平面上四点共圆,首先是要找到需要证明的是哪四个点,然后將这四个点顺次连接,得出一个四边形,再根据这个四边形的特点和题目中给出的条件选择最优的解题思路;除此之外,对于一些常见的基本图形,要能做到见图知形,熟练地掌握这些基本图形的性质,这样在解题的时候才能做到游刃有余、得心应手。
  二、 两种经典四点共圆问题的解法
  方法1:将要证明共圆的四个点连接成两个同侧的共底边的三角形,如果我们可以证明出这两个三角形的顶角相等,我们就可以肯定,这四个点是共圆的。这句话也可以理解为:如果一条线段同侧的两个点与这条线段连成的两个夹角相等,那么我们就可以说这两个点与这条线段的两个端点四点共圆。
  【例1】 在△ABC中,AB  分析:这道题没有明确指出这是一道与四点共圆有关的问题,需要学生自己去发掘题目的隐藏信息。通过观察图1我们可以发现,图中出现的三角形都位于线段的同一侧,而且题目中给出了两个相等的角,由此我们可以联想到四点共圆的判定定理3,在此推测的基础上,进行题目的解答,目标就会比较明确。
  图1
  证明:如图1所示,取AC的中点F,分别连接EF、DF(几何证明中常用的辅助线做法)。
  ∵E、F分别是BC和AC的中点,
  ∴EF为△ABC的中位线,
  ∴有EF∥AB,∠AEF=∠EAB ①
  又∵∠BAD=∠EAC(与题目中所给条件相联系)
  ∴∠EAB=∠DAC ②
  ∵AD是△ABC上BC边的高,
  ∴△ADC是一个直角三角形
  ∴DF=AF,∠ADF=∠DAC。
  再结合①和②,可得∠ADF=∠AEF,(出现同一侧的两个角相等),
  即A、D、E、F四点共圆(依据:四点共圆判定定理3)。
  ∴∠AFE=180°-∠ADE=90°,
  继而得出∠BAC=180°-∠AFE=90°。
  方法2:由四点共圆的判定定理:当一个平面上四个点连成的四边形对角互补,那么这四个点共圆。由此我们可以得出这样的解题思路:把要证明共圆的四个点,连接成一个四边形,如果我们可以证明这个四边形的对角互补,我们就可以肯定这四个点共圆。
  图2
  【例2】 如图2所示,在Rt△ABC中,AC  分析:本题的第一小问就涉及了四点共圆的判定和应用,通过读题我们发现:题目中出现了相切和直角三角形,两个90°是互补的情况,而且这两个角没有紧挨着,所以很可能在一个圆里是一组对角的位置关系。由此我们很容易联想到上文所说的定理1,基于这样的推测,我们开始按照这个思路解题。
  DE与AG的位置关系:DE∥AG;
  证明:∵⊙O与边AB相切于E点,
  ∴∠AEG=90°,
  又∵∠ACG=90°
  ∴∠AEG与∠ACG互补,
  ∴A、E、C、G四点共圆(定理1)
  ∴∠AEC=∠AGC(同一圆弧所对的圆周角相等)。
  又∵AB是⊙O的切线,
  ∴∠AEC=∠EDC,
  ∴∠AGC=∠EDC,
  ∴DE∥AG。
  有关圆的知识在几何证明中具有非常重要的地位,很多定理的证明也用到了圆的一些知识。在初中阶段,四点共圆这一知识点在圆这一部分内容中具有非常重要的地位,尤其是在几何证明中,利用四点共圆知识的题型非常多,而且一般有一定难度。因此,对于中学生来说,用好四点共圆具有非常重要的意义。
  参考文献:
  [1]刘合财.四点共圆的判定及其应用[J].贵阳学院学报(自然科学版),2013,8(01):24-27.
  [2]孙志东.用“四点共圆”解题几例[J].中学生数学,2018(08):17-19.
  作者简介:
  李华平,安徽省合肥市,安徽省合肥市第五十五中学。
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