☉湖北省武漢市第三十中學(xué) 程 艷

初中九年級(jí)的學(xué)生在七、八年級(jí)時(shí)已經(jīng)學(xué)習(xí)了軸對(duì)稱圖形的有關(guān)概念和性質(zhì)，也學(xué)習(xí)了等腰三角形的對(duì)稱性和三角形全等的知識(shí)，本節(jié)課，要求學(xué)生在理解弧、弦的概念和了解等圓、等弧的概念的基礎(chǔ)上，準(zhǔn)確理解、掌握垂徑定理及其推論，會(huì)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，并會(huì)運(yùn)用垂徑定理及其推論解決現(xiàn)實(shí)生活中的問(wèn)題，提升學(xué)生分析、探索和證明的能力.

課前準(zhǔn)備好三角板、圓規(guī)等部分教具、自制課件和個(gè)人電腦.以下是垂徑定理的應(yīng)用這節(jié)課的課堂實(shí)錄.

師：今天我們復(fù)習(xí)圓的垂徑定理及其應(yīng)用！請(qǐng)問(wèn)，圓的重要性質(zhì)是什么？

生1：圓既是中心對(duì)稱圖形又是軸對(duì)稱圖形.

師：根據(jù)圓的軸對(duì)稱，可得圓的垂徑定理，什么是垂徑定理？

生2：在圓中，垂直于弦的直徑平分這條弦，并且平分弦所對(duì)的弧.

教師畫(huà)圖示意.

師：垂徑定理有哪些推論？

生3：推論1：平分弦（不是直徑）的直徑垂直于弦，并且平分弦所對(duì)的兩條弧.

生4：推論2：弦的垂直平分線經(jīng)過(guò)圓心，并且平分弦所對(duì)的兩條弧.

師：垂徑定理還有哪些推論？請(qǐng)舉手回答！

生5：推論3：平分弦所對(duì)的一條弧的直徑垂直平分弦，并且平分弦所對(duì)的另一條弧.還有推論4：圓的兩條平行弦所夾的弧相等.

師：同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)垂徑定理時(shí)會(huì)碰到平分弦、優(yōu)弧和劣弧，垂直于弦，過(guò)圓心等具體條件，如何有效進(jìn)行推理？

師：在下列5個(gè)條件中，只要具備其中任意兩個(gè)作為條件，就可以推出其他三個(gè)結(jié)論.簡(jiǎn)稱為知二推三.

（1）平分弦所對(duì)的優(yōu)??；

（2）平分弦所對(duì)的劣?。唬ㄇ皟蓷l合起來(lái)就是：平分弦所對(duì)的兩條?。?/p>

（3）平分弦（不是直徑）；

（4）垂直于弦；

（5）過(guò)圓心.

師：垂徑定理是初中數(shù)學(xué)的重要內(nèi)容，同學(xué)們必須理解圓的軸對(duì)稱性和垂徑定理及其推論，初三數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中，掌握垂徑定理，并能應(yīng)用垂徑定理及其推論進(jìn)行有關(guān)計(jì)算和證明，是解決和圓有關(guān)的問(wèn)題的關(guān)鍵.

垂徑定理主要用來(lái)解決長(zhǎng)度、角度、范圍等問(wèn)題，下面通過(guò)幾個(gè)例子進(jìn)行逐一體會(huì)：

一、垂徑定理的簡(jiǎn)單運(yùn)用

例1 （2018·湖南張家界）如圖1，AB是⊙O的直徑，弦CD⊥AB于點(diǎn)E，OC=5cm，CD=8cm，則AE=（ ）.

A.8cm B．5cm C．3cm D．2cm

則AE=AO+OE=5+3=8（cm）.

故選A.

圖1

圖2

例2 （2016·廣西百色）如圖2，⊙O的直徑AB過(guò)弦CD的中點(diǎn)E，若∠C=25°，則∠D=______.

生：由∠C=25°，得∠A=∠C=25°.

由⊙O的直徑AB過(guò)弦CD的中點(diǎn)E，得AB⊥CD.

則∠AED=90°.

則∠D=90°-25°=65°.

故答案為65°.

二、利用垂徑定理解決長(zhǎng)度問(wèn)題

例3 （2017·浙江金華）如圖3，在半徑為13cm的圓形鐵片上切下一塊高為8cm的弓形鐵片，則弓形弦AB的長(zhǎng)為（ ）.

A.10cm B.16cm C.24cm D.26cm

生：由OB=13cm，CD=8cm，得OD=5cm.

則AB=2BD=24（cm）.

答案為C.

師：本題中沒(méi)有給出垂徑定理的條件，但我們可以通過(guò)作輔助線作出垂直于弦的直徑，從而利用其平分弦及垂直產(chǎn)生的直角，借助勾股定理求出線段長(zhǎng)度.

圖3

圖4

例4 （2013·浙江嘉興）如圖4，⊙O的半徑OD⊥弦AB于點(diǎn)C，連接AO并延長(zhǎng)交⊙O于點(diǎn)E，連接EC.若AB=8，CD=2，則EC的長(zhǎng)為（ ）.

師：觀察題中是否有垂徑定理模型.

生：OD垂直平分AB.

師：由垂徑定理可以得到哪些量？

生：AC=4，CD=2.

師：求解線段CE的長(zhǎng)，利用勾股定理必須構(gòu)建直角三角形，如何構(gòu)建直角三角形？

生：連接EB，則由直徑所對(duì)圓周角是直角可知△EBC為直角三角形，由EB=2OC，BC=4，可求EC.

師：說(shuō)說(shuō)你的解題過(guò)程.

生：由⊙O的半徑OD⊥弦AB于點(diǎn)C，AB=8，得AC=AB=4.

設(shè)⊙O的半徑為r.

則OC=r-2.

在Rt△AOC中，AC=4，OC=r-2，OA2=AC2+OC2.

則r2=42+（r-2）2，解得r=5.

則AE=2r=10.

連接BE.

圖5

由AE是⊙O的直徑，得∠ABE=90°.

故選D.

師：解決求線段長(zhǎng)的問(wèn)題時(shí)，要充分挖掘題中條件，合理構(gòu)建直角三角形，借助勾股定理求線段長(zhǎng).本題根據(jù)題意作出輔助線，構(gòu)造出直角三角形是解答此題的關(guān)鍵.

三、利用垂徑定理解決角度問(wèn)題

例5 （2018·山東菏澤）如圖6，在⊙O中，OC⊥AB，∠ADC=32°，則∠OBA等于（ ）.

A．64° B．58° C．32° D．26°

圖6

生：如圖7.

∠2=2∠1=2×32°=64°.

則∠3=64°.

在Rt△OBE中，∠OEB=90°，則∠B=90°-∠3=90°-64°=26°.

故選D.

師：此題考查垂徑定理與圓周角定理.此題比較簡(jiǎn)單，應(yīng)注意掌握數(shù)形結(jié)合思想的應(yīng)用.

例6 （2017·湖北襄陽(yáng)）在半徑為1的⊙O中，弦AB、AC的長(zhǎng)分別為1和，則∠BAC的度數(shù)為_(kāi)_____.

師：根據(jù)題中所給條件畫(huà)出適合的圖形，大家試著畫(huà)畫(huà)看

生1：如圖8.

圖8

圖9

師：大家認(rèn)可這種圖形嗎？

生2：還可能是另一種情況，如圖9.

師：你是如何想到有這兩種位置關(guān)系的？

生3：將AC繞著點(diǎn)A試著旋轉(zhuǎn)一下就可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)該有多種情況.

師：非常好！下面請(qǐng)大家試著算算看.

生4：按照?qǐng)D10的解法：

生5：如圖11，當(dāng)點(diǎn)O在∠BAC的外部時(shí)，∠BAC=60°-45°=15°.

圖10

圖11

四、利用垂徑定理解決最值問(wèn)題

例7 如圖12，△ABC中，∠BAC=60°，∠ABC=45°，AB=2，D是線段BC上一個(gè)動(dòng)點(diǎn)，以AD為直徑作⊙O分別交AB、AC于E、F兩點(diǎn)，連接EF，則線段EF長(zhǎng)度的最小值為_(kāi)_____.

圖12

圖13

師：由垂徑定理我們可以發(fā)現(xiàn)，圓的半徑、半弦長(zhǎng)可以構(gòu)成直角三角形，所以我們可以利用這個(gè)直角三角形求弦長(zhǎng)，由垂線段的性質(zhì)可知，當(dāng)AD為△ABC的邊BC上的高時(shí)，直徑AD最短，如圖13，連接OE、OF，過(guò)O點(diǎn)作OH⊥EF，垂足為H.在△EOF中，∠EOF=120°，OE為半徑，EF=2EH=2OE·sin60°.要使EF最小，只需要OE最小.又2OE=AD，故當(dāng)AD⊥BC時(shí)，AD最小，所以可求.

例8 （2015·泰興市二模）如圖14，定長(zhǎng)弦CD在以AB為直徑的⊙O上滑動(dòng)（點(diǎn)C、D與點(diǎn)A、B不重合），M是CD的中點(diǎn)，過(guò)點(diǎn)C作CP⊥AB于點(diǎn)P，若CD=3，AB=8，PM=a，則a的最大值是______.

圖14

圖15

圖16

生1：連接OM、OC，推出PM=OC，求出OC的長(zhǎng)即可.

連接CO、MO，根據(jù)∠CPO=∠CMO=90°，所以C、M、O、P四點(diǎn)共圓，且CO為直徑.設(shè)CO的中點(diǎn)為E，則PM為⊙E的一條弦，當(dāng)PM為直徑時(shí)PM最大，所以PM=CO=4時(shí)PM最大.即PMmax=4.

生2：延長(zhǎng)CP交⊙O于點(diǎn)E，根據(jù)垂徑定理，得P是弦CE的中點(diǎn).又M是CD的中點(diǎn)，連接ED，則PM為⊙O的弦長(zhǎng)ED的一半.當(dāng)ED為直徑時(shí)，PM的長(zhǎng)最大，最大為直徑AB的一半，則PM的長(zhǎng)度的最大值為4.

師：本節(jié)課主要講述了垂徑定理的基本內(nèi)容和垂徑定理的應(yīng)用.

在解決角度、長(zhǎng)度等問(wèn)題的過(guò)程中，往往需要借助圓的切線的性質(zhì)，平行線的性質(zhì)和判定，勾股定理，圓周角定理，圓心角、弧、弦之間的關(guān)系，能靈活運(yùn)用這些知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行推理是解題的基本途徑，大家今后在解決圓的相關(guān)問(wèn)題時(shí)，要注意綜合利用題設(shè)條件，合理運(yùn)用垂徑定理.F