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有关圆的两解问题

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分类思想是数学的基本思想之一. 中考试题中经常设计两解或多解题型,来考查同学们思维的严密性,倘若基础知识掌握得不扎实,常会漏解. 九年级上册的“圆”是初中阶段的重点内容,而圆中两解问题又是其中的难点,也是中考命题的热点,现归纳如下:

一、 点与圆的位置关系

1. 点在圆内与圆外的位置不确定

例1 在同一平面内,已知点P到圆上各点的最大距离为5,最小距离为1,则圆的半径为______.

【解析】由于本题未指明点P与圆的位置关系,因此,应分点P在圆内或点P在圆外两种情况来考虑. 点P在圆内时,如图1,AP=5,BP=1,AB=AP+BP=5+1=6,所以圆的半径为3. 点P在圆外时,如图2,AP=5,BP=1,AB=AP-BP=5-1=4,所以圆的半径为2. 此类问题可扩展到一般情况,已知点P到圆上各点的最大距离为a,最小距离为b,则圆的半径r可以分为:点P在圆内时,半径r=■;点P在圆外时,r=■.

2. 点在圆弧上的位置不确定

例2 半径为4的圆有内接ABC,且圆心O到BC边的距离为2. 求∠A的度数.

【解析】∠A是边BC所对的圆周角.其顶点A分两种情况:一是点A在BC边所对的劣弧上(如图3);二是点A在BC边所对的优弧上(如图4).

略解:过点O作ODBC,D为垂足.连接OB、OC,易知∠BOC=120°,所以∠A=120°或60°.

二、 弦与圆的位置关系

1. 两条平行弦与圆心位置不确定

例3 O的半径为5 cm,AB∥CD,AB=6 cm,CD=8 cm,求AB、CD间的距离.

【解析】题中的弦AB、CD都比O的直径小,所以圆心O的位置有可能在两平行弦AB、CD的同侧,也有可能在弦AB、CD的异侧,如图5、图6两种可能. 利用垂径定理可求出OE=3 cm,OF=4 cm,所以AB与CD之间的距离为4-3=1(cm)或4+3=7(cm).

2. 过圆上一点的两弦与圆心位置不确定

例4 已知:弦AB=2■,AC=2■,O的半径为2. 求∠BAC的度数.

【解析】由于弦AB和CD可能在圆心的同侧,也可能在圆心的异侧,故有如图7、图8两种可能情况.

根据垂径定理及解直角三角形知识可求出.

解:过O点作OEAB,垂足为E,作OFAC,垂足为F,连接OA.

AB=2■,AC=2■,由垂径定理,得AF=■,AE=■.

在RtAEO中,cos∠EAO=■=■,∠EAO=45°;

在RtAFO中,cos∠FAO=■=■,∠FAO=30°.

(1) 当AB、CD在圆心O的两侧时,如图7,∠BAC=∠EAO+∠FAO=75°.

(2) 当AB、CD在圆心O的同侧时,如图8,∠BAC=∠EAO-∠FAO=15°.

∠BAC度数为75°或15°.

三、 两圆的位置关系

1. 两圆相切的位置不确定

例5 两圆内切,一圆半径为9,另一圆半径为r,圆心距d=4. 则r为多少?

【分析】两圆内切,圆心距等于两圆半径之差,由于本题两圆半径大小关系不确定,可能9>r,也可能9

解:当9>r时,9-r=4,则r=5; 当9

例6 已知:O1与O2相切,圆心距d=12,r1=5,求O2的半径r2(r1

解:(1) O1与O2相外切时,d=r1+r2,

d=12,r1=5,r2=7;

(2) O1与O2相内切时,d=r2-r1,

d=12,r1=5,r2=17.

O2的半径r2为7或17.

2. 公共弦与圆心的位置不确定

例7 AB为O1与O2的公共弦,O1的半径r1=17,O2的半径r2=10,AB=16,求AO1O2的周长.

解:(1) O1与O2在AB的两侧,如图9,

O1O2垂直平分AB,AB=16,AC=8.

由勾股定理得:

O1C=■=■=15,O2C=■=■=6.

O1O2=O1C+O2C=15+6=21.

AO1O2的周长=O1A+O2A+O1O2=17+10+21=48.

(2) O1与O2在AB的一侧,如图10,O1O2垂直平分AB,AB=16,AC=8. 由勾股定理得:

O1C=■=15,

O2C=■=6.

O1O2=O1C-O2C=15-6=9. AO1O2的周长=O1A+O2A+O1O2=17+10+9=36.

综上所述,AO1O2的周长为48或36.

【说明】两圆位置关系是指外离、外切、相交、内切、内含5种情况.

当然,圆中多解的问题不止上述几个.本文未列出的同学们可以自己整理归纳.在解答那些未给出图形的几何问题或运动型问题时,同学们要尽可能画出所有的情形并逐一进行讨论,以此增强解题的完备性. 另外还要加强解题后的反思:此题还有其他情形吗?还有其他解法吗?……以此提高分析问题、解决问题的能力.