题目内容

【题目】阅读以下材料,并按要求完成相应地任务:

莱昂哈德·欧拉(Leonhard Euler)是瑞士数学家,在数学上经常见到以他的名字命名的重要常数,公式和定理,下面是欧拉发现的一个定理:在△ABC中,Rr分别为外接圆和内切圆的半径,OI分别为其外心和内心,则.

如图1,⊙O和⊙I分别是△ABC的外接圆和内切圆,⊙I与AB相切分于点F,设⊙O的半径为R,⊙I的半径为r,外心O(三角形三边垂直平分线的交点)与内心I(三角形三条角平分线的交点)之间的距离OI=d,则有d2=R2﹣2Rr.

下面是该定理的证明过程(部分):

延长AI⊙O于点D,过点I⊙O的直径MN,连接DMAN.

∵∠D=∠N∠DMI=∠NAI(同弧所对的圆周角相等)

∴△MDI∽△ANI

①,

如图2,在图1(隐去MDAN)的基础上作⊙O的直径DE,连接BEBDBIIF

∵DE⊙O的直径,∴∠DBE=90°

∵⊙IAB相切于点F∴∠AFI=90°

∴∠DBE=∠IFA

∵∠BAD=∠E(同弧所对圆周角相等)

∴△AIF∽△EDB

②,

任务:(1)观察发现: (用含Rd的代数式表示)

(2)请判断BDID的数量关系,并说明理由;

(3)请观察式子①和式子②,并利用任务(1)(2)的结论,按照上面的证明思路,完成该定理证明的剩余部分;

(4)应用:若△ABC的外接圆的半径为5cm,内切圆的半径为2cm,则△ABC的外心与内心之间的距离为 cm.

【答案】(1)R-d(2)BD=ID,理由见解析;(3)见解析;(4).

【解析】

(1)直接观察可得;

(2)由三角形内心的性质可得∠BAD=CAD,∠CBI=ABI,由圆周角定理可得∠DBC=CAD,再根据三角形外角的性质即可求得∠BID=DBI,继而可证得BD=ID

(3)应用(1)(2)结论即可;

(4)直接代入结论进行计算即可.

(1)OIN三点共线,

OI+INON

INONOIRd

故答案为:Rd

(2)BD=ID,理由如下:

I△ABC的内心,

∴∠BAD=∠CAD∠CBI=∠ABI

∵∠DBC=∠CAD∠BID=∠BAD+∠ABI∠DBI=∠DBC+∠CBI

∴∠BID=∠DBI

∴BD=ID

(3)(2)知:BD=ID

DE·IF=IM·IN

(4)(3)知:

R=5r=2代入得:

d>0

故答案为:.

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