借助直径解题的常见方法

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  直径是圆中最大的弦,它除了具有弦的一般性质外,还具有一些特殊性质,如:“直径所对的圆周角是直角”.它能把圆中的许多问题转化到直角三角形中来解决.借助直径解题是《圆》这一章的重要内容,本文介绍六种利用直径解题的常见方法.
  一、已知弦与直径有公共的端点,常连接它们的另一端点,构建直角三角形
  例1 如图1,AD是锐角△ABC的外接圆⊙O的直径,AE⊥BC于点E,求证:AB·AC=AD·AE.
  证明:如图1,连接BD.
  ∵AD是⊙O的直径,
  ∴∠ABD=90°.
  ∵∠AEC=90°,
  ∴∠AEC=∠ABD.
  又∵∠ACE=∠ADB,
  ∴△ACE∽△ADB,
  点评: 当弦与直径有公共端点时,常连接弦与直径的另一端点,得到了直角三角形.这是圆中构建直角三角形的常用方法.
  若连接DC,证△ADC∽△ABE,也是运用此方法.
  二、已知弦与直径的长,常过弦的端点作直径,构建直角三角形
  例2 如图2,在直径为2的圆中有两条弦AB、CD,AB=1,CD=■,分别求出弧AB、弧CD所对圆周角的度数.
  解析:如图2,分别过点A、C作直径AE、CF,连接BE、DF.
  即弧AB、弧CD所对圆周角的度数分别为30°、45°.
  点评:当已知弦、直径的长时,可过弦的一个端点作直径,转化为类型一;再连接弦与直径的另一端点,构建了直角三角形,解这个直角三角形,可求边或角.
  三、已知弦长与其所对的圆周角,常过弦的端点作直径,转化圆周角
  例3 (2012年湖北武汉中考题)在锐角三角形ABC中,BC=5,sin∠BAC= ,求△ABC的外接圆⊙O的直径.
  解析: 如图3,过点C作直径CD,连接DB,则∠CBD=90°、∠BAC=∠BDC.
  点评: 已知弦长及其所对的圆周角,可借助直径将已知弦和圆周角构建在一个直角三角形中,通过这个直角三角形解决问题.
  四、已知弦切角等于圆周角,常过切点作直径,转化圆周角
  例4 如图4,P是⊙O的弦CB延长线上一点,点A在⊙O上,且∠BAP=∠C,求证:PA是⊙O的切线.
  证明:过点A作直径AD,连接BD,
  则∠ABD=90°,∠D=∠C.
  ∴∠BAD+∠D=90°.
  ∵∠BAP =∠C,
  ∴∠BAP =∠D,
  ∴∠BAD+∠BAP =90°,
  即∠PAD=90°,
  ∴PA是⊙O的切线.
  点评: 弦切角是待证的切线与弦的夹角.当弦切角等于该弦所对的圆周角时,可过切点作直径,将圆周角转化到直角三角形中,通过等量代换,证直线垂直于直径,从而得到该直线为圆的切线.
  五、已知弦与弦垂直,常过垂弦的任意端点作直径,构造垂直或平行
  例5 如图5,四边形ABCD的四个顶点在⊙O上,且对角线AC⊥BD于H,求证:AH2+BH2+CH2+DH2为定值.
  证明:如图5,过点B作直径BE,连接DE、CE,
  则∠BDE=∠BCE =90°.
  ∵AC⊥BD于H,
  ∴AC∥DE,
  ∴弧AD=弧CE,
  ∴AD=CE.
  在Rt△ADH中,AH2+DH2=AD2;
  在Rt△BCH中,BH2+CH2=BC2,
  ∴AH2+BH2+CH2+DH2=AD2+BC2=CE2+BC2
  =BE2,
  ∴AH2+BH2+CH2+DH2为定值.
  点评:当弦与弦垂直时,可借助直径构造直角,产生弦与弦之间新的位置关系——平行或垂直,为问题的解决提供条件.
  六、已有弦心距,常过该弦的端点作直径,构造中位线
  例6 如图6,△ABC的高AD、BE相交于点H,⊙O是△ABC的外接圆,OM⊥BC于M,求证:AH=2OM.
  证明:如图6,过点C作直径CF,连接AF、BF,则∠CAF=∠CBF=90°.
  ∵AD、BE是锐角△ABC的两条高,
  ∴AD⊥BC,BE⊥AC,
  ∴AF∥BH,BF∥AH,
  ∴四边形AFBH为平行四边形,
  ∴BF=AH.
  ∵OM⊥BC,OF=OC,
  ∴OM∥BF,OM= BF,
  ∴AH=2OM .
  点评:求解弦心距与其他线段的关系时,可过该弦的端点作直径,连接弦与直径的另一端点,产生三角形的中位线,为证明线段的倍半关系构建基本图形.
  借助直径解决圆中问题的类型较多,本文列举六种情况,介绍了借用直径解题的基本类型和基本方法,为此类问题的解决提供借鉴.
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