圓周角是把圓的有關(guān)曲線問題轉(zhuǎn)化為直線問題的的中間橋梁,是數(shù)學(xué)化歸思想解決曲線問題的體現(xiàn)。靈活運用圓周角的性質(zhì)可以使許多問題變得簡單直觀。
定理:在同圓或等圓中,同弧或等弧所對的圓周角相等,都等于所對的圓心角的一半。
如圖1,C是優(yōu)弧 上一點,隨著C點在優(yōu)弧 的移動到與A、B不重合的任意位置,∠C的大小是一個定值(等于 的度數(shù)的一半)。我們可以根據(jù)問題需要,利用圓周角這一變化中的不變性,巧妙放置∠C的位置,從而拓寬解題的思路。
一、放置在一般三角形中
例1:如圖2:“世界杯”賽場上李鐵、邵佳一、郝海東三名隊員互相配合向?qū)Ψ角蜷T進攻,當(dāng)李帶球沖到如圖C點時,邵、郝也分別跟隨沖到圖中的D點、E點,從射門的角度大小考慮,李應(yīng)把球傳給誰好?請你從數(shù)學(xué)角度幫忙合情說理,分析說明。
分析:如圖2問題的實質(zhì)是比較∠C、∠D、∠E的大小問題;將C點看成動點,設(shè)AD交⊙O于F,連接BF,延長AE交⊙O于G,連接BG。
由∠C大小的在優(yōu)弧 上運動的不變性,當(dāng)C點運動到F點時,將∠C與∠D的大小比較轉(zhuǎn)化為∠AFB與∠D的大小比較,顯然∠C>∠D;當(dāng)C點運動到G點位置時,又將∠AEB與∠C的大小比較轉(zhuǎn)化為∠AEB與∠G的大小比較,易得∠AEB>∠C。從而∠AEB>∠C>∠D,即:李應(yīng)該把球傳給沖到E點的郝海東更好。
說明:本題解法中并沒有直接去比較∠C與∠AEB、∠D的大小,而是根據(jù)∠C的運動不變性,巧妙地將它“放置”在了△DBF和△BEG中解決的。
二、放置在直角三角形中
例2:已知如圖3,△ABC內(nèi)接于半徑為R的⊙O中,∠A的對邊BC=a。
(1)求證: =2R。
(2)若R=2,BC=2 ,A是圓弧 上的一動點(與B、C不重合),求S 的最大值。
分析:要證明(1)結(jié)論,需把BC和∠A放在直角三角形中;對于(2),因為△ABC的一邊BC是定值,所以只需BC邊上的高最大時(即:A運動到BC的垂直平分線上時),S 最大。
解:(1)如圖3,連接BO并延長交圓于A′,連接BA′得Rt△A′BC,即:把∠A放在了∠A′的位置。
在Rt△A′BC中,sinA′= = 變形得 =2R。又因為∠A和∠A′都是 所對的圓周角,所以∠A=∠A′;所以 =2R。
(2)如圖3,過O作OG⊥BC于G,延長GO交⊙O于A″;連接A″B、A″C;即A運動到A″時,S 的值最大值。
∵OG⊥BC,∴BG= ;在Rt△BOG中可得OG=1,∴AG=OG+OA=3,∴S = ×BC×A″G= ×2 ×3=3
即:S 的最大值為3 。
三、放置在相似三角形中
例3:已知如圖4,⊙O中,弦AB=AC=4,弦AD=9,AD與BC交于E。求AE的長。
分析:構(gòu)造含有AD、AE的相似三角形,連接CD,可得∠B=∠D,即把∠B放在圓上D點的位置,可得△ACE∽△ADC,從而可得AC =AE#8226;AD,即:4 =AE×9,所以AE= 。
四、轉(zhuǎn)化為圓心角
例4:P是⊙O直徑AB延長線上一點,過P作直線交⊙O于C、D兩點,作弦DF⊥AB,垂足為H,CF交AB于點E。
(1)若H點在OA上,如圖5,求證:PD#8226;PC=PO#8226;PE。
(2)若垂足H在OB上,如圖6,(1)中的結(jié)論PD#8226;PC=PO#8226;PE還成立嗎?
(3)在圖5中,若DE⊥CF,∠P=15°,⊙O的半徑為2,求弦CF的長。
分析:(1)如圖5,要證結(jié)論,需證△POD∽△PCE:∠P是公共角,由于圓周角∠FCD= ∠FOD,由垂徑定理可得∠DOA= ∠FOD,∴∠FCD=∠DOA,∴∠PCE=∠POD,∴△POD∽△PCE,∴ = ,∴PD#8226;PC=PO#8226;PE。
(2)如圖5,連接DO,由(1)中分析可得∠DCF=∠DOA,∴∠PCE=∠POD,又∵∠P是公共角,∴△POD∽△PCE,可知結(jié)論成立。
(3)如圖6,∵∠CEP=∠AEF=45°,∠P=15°,∴∠DCF=∠DOA=60°;在Rt△DOH中,可得OH=1,DH= ,∴DF=2 。∵△DEF是等腰直角三角形,∴DE=FE= 。又∵在Rt△DEC中,∠DCF=60°,∴EC= ,∴FC= + 。
五、轉(zhuǎn)化為弧的度數(shù)
例5:已知如圖7,PAB、PCD是⊙O的兩條割線,分別交⊙O于點A、B和點C、D。且 = = ;若∠P=40°,求α和β的度數(shù)。
分析:要求α、β的度數(shù),只需建立圓周角α與β的兩個方程,由已知條件可將α、β的度數(shù)轉(zhuǎn)化為所對弧的度數(shù),根據(jù)整個圓周的度數(shù)是360°可得到一個方程,再根據(jù)α是△PCB的外角可得另一方程。
解:∵ 的度數(shù)= 的度數(shù)= 的度數(shù)=2α; 的度數(shù)=2β,∴2α+2α+2α+2β=360°(1),α=β+40°(2),解得α=55°,β=15°。
總之,在解決圓的許多問題時,都會牽涉到圓周角定理,只要我們巧妙地放置好圓周角的位置,問題往往就變得更簡單,易解決。
注:“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。”