题目内容
在平面直角坐标系xoy中,点M在x轴的正半轴上,⊙M交x轴于A、B两点,交y轴C、D于两点,且C为弧AE的中点,AE交y轴于点G点,若点C的坐标为(0,2
).

(1)连接MG、BC,求证:MG∥BC;
(2)若CE∥AB,直线y=kx-1(k≠0)将四边形ACEB面积二等分,求k的值;
(3)如图2,过O、P(2,2)作⊙O1交x轴正半轴于G,交y轴负半轴于H,I为△GOH的内心,过I作IN⊥GH于N,当⊙O1的大小变化时,试说明GN-NH的值不变并求其值.
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(1)连接MG、BC,求证:MG∥BC;
(2)若CE∥AB,直线y=kx-1(k≠0)将四边形ACEB面积二等分,求k的值;
(3)如图2,过O、P(2,2)作⊙O1交x轴正半轴于G,交y轴负半轴于H,I为△GOH的内心,过I作IN⊥GH于N,当⊙O1的大小变化时,试说明GN-NH的值不变并求其值.
考点:圆的综合题,全等三角形的判定与性质,线段垂直平分线的性质,勾股定理,三角形中位线定理,正方形的判定与性质,垂径定理,圆心角、弧、弦的关系,圆周角定理
专题:综合题
分析:(1)连接AC,设AE与BC的交点为F,如图1①,由题可知AM=BM,要证MG∥BC,只需证AG=FG,由于∠ACF=90°,只需证AG=CG即可.
(2)连接AC、CE、BE,设AE与BC的交点为F,直线y=kx-1与CE交于P,与AB交于Q,如图1②.由条件CE∥AB可求出∠ACO的度数,进而可求出CE、AB的长.用k的代数式表示出CP、AQ的长度,然后根据条件列出关于k的方程,就可求出k的值.
(3)过点I作IA⊥OH于A,作IB⊥OG于B,过点P作PC⊥y轴于C,作PD⊥x轴于D,连接IO、IH、IG、PH、PG,如图2,根据角平分线的性质可得IA=IB=IN,运用勾股定理可得AH=NH,GN=GB,OA=OB,从而可得GN-NH=OG-OH.易证矩形OCPD是正方形,从而有∠CPD=90°,PC=PD.进而可证到△PCH≌△PDG,则有CH=DG,即CO+OH=OG-OD,从而有OG-OH=4,进而可得GN-NH=OG-OH=4,问题得以解决.
(2)连接AC、CE、BE,设AE与BC的交点为F,直线y=kx-1与CE交于P,与AB交于Q,如图1②.由条件CE∥AB可求出∠ACO的度数,进而可求出CE、AB的长.用k的代数式表示出CP、AQ的长度,然后根据条件列出关于k的方程,就可求出k的值.
(3)过点I作IA⊥OH于A,作IB⊥OG于B,过点P作PC⊥y轴于C,作PD⊥x轴于D,连接IO、IH、IG、PH、PG,如图2,根据角平分线的性质可得IA=IB=IN,运用勾股定理可得AH=NH,GN=GB,OA=OB,从而可得GN-NH=OG-OH.易证矩形OCPD是正方形,从而有∠CPD=90°,PC=PD.进而可证到△PCH≌△PDG,则有CH=DG,即CO+OH=OG-OD,从而有OG-OH=4,进而可得GN-NH=OG-OH=4,问题得以解决.
解答:解:(1)连接AC,设AE与BC的交点为F,如图1①,
∵AB是⊙M的直径,AB⊥CD,
∴∠ACB=90°,
=
.
∵
=
,
∴
=
.
∴∠ACD=∠CAE.
∴GA=GC,∠GCF=90°-∠ACD=90°-∠CAE=∠CFG.
∴GC=GF.
∴AG=GF.
∵AM=BM,
∴MG∥BC.
(2)连接AC、CE、BE,设AE与BC的交点为F,直线y=kx-1与CE交于P,与AB交于Q,如图1②.
∵CE∥AB,∴∠CEA=∠BAE.
∵
=
,∴∠CAE=∠CEA.
∴∠ACO=∠CAE=∠GAO.
∵∠AOC=90°,
∴3∠ACO=90°.
∴∠ACO=30°.
∵点C的坐标为(0,2
),
∴OC=2
.
∴A0=OC•tan∠ACO=2
×
=2.
∴点A的坐标为(-2,0),AC=2AO=4.
∵
=
,
∴EC=AC=4,∠ABC=∠CAE=30°.
∴AB=2AC=8.
∵yQ=0,
∴kxQ-1=0,即xQ=
.
∴AQ=
-(-2)=
+2.
∵点C的坐标为(0,2
),CE∥AB,
∴yP=2
.
∴kxP-1=2
,即xP=
.
∴CP=
.
∵S梯形ACPQ=
S梯形ABEC,
∴
(CP+AQ)•OC=
×
(CE+AB)•OC.
∴2(CP+AQ)=CE+AB.
∴2(
+
+2)=4+8=12.
解得:k=
.
经检验k=
是原方程的解.
∴k的值为
.
(3)过点I作IA⊥OH于A,作IB⊥OG于B,过点P作PC⊥y轴于C,作
PD⊥x轴于D,连接IO、IH、IG、PH、PG,如图2.
∵点I是△GOH的内心,
∴点I是△GOH的内角平分线的交点.
∵IA⊥OH,IB⊥OG,IN⊥GH,
∴IA=IB=IN.
∴AH=
=
=NH.
同理GN=GB,OA=OB.
∴GN-NH=GB-AH=(OG-OB)-(OH-OA)=OG-OH.
∵P点坐标为(2,2),
∴OD=OC=2.
∵PC⊥OC,PD⊥OD,OC⊥OD,
∴∠PCO=∠COD=∠PDO=90°.
∴四边形OCPD是矩形.
∵OD=OC,
∴矩形OCPD是正方形.
∴∠CPD=90°,PC=PD.
∵GH是⊙O1直径,
∴∠GPH=90°.
∴∠CPD=∠GPH.
∴∠CPH=∠DPG.
在△PCH和△PDG中,
.
∴△PCH≌△PDG(ASA).
∴CH=DG.
∴CO+OH=OG-OD.
∴2+OH=OG-2.
∴OG-OH=4.
∴GN-NH=OG-OH=4.
∴GN-NH的值不变,其值为4.
∵AB是⊙M的直径,AB⊥CD,
∴∠ACB=90°,
| AD |
| AC |
∵
| AC |
| EC |
∴
| AD |
| EC |
∴∠ACD=∠CAE.
∴GA=GC,∠GCF=90°-∠ACD=90°-∠CAE=∠CFG.
∴GC=GF.
∴AG=GF.
∵AM=BM,
∴MG∥BC.
(2)连接AC、CE、BE,设AE与BC的交点为F,直线y=kx-1与CE交于P,与AB交于Q,如图1②.
∵CE∥AB,∴∠CEA=∠BAE.
∵
| CE |
| AC |
∴∠ACO=∠CAE=∠GAO.
∵∠AOC=90°,
∴3∠ACO=90°.
∴∠ACO=30°.
∵点C的坐标为(0,2
| 3 |
∴OC=2
| 3 |
∴A0=OC•tan∠ACO=2
| 3 |
| ||
| 3 |
∴点A的坐标为(-2,0),AC=2AO=4.
∵
| AC |
| EC |
∴EC=AC=4,∠ABC=∠CAE=30°.
∴AB=2AC=8.
∵yQ=0,
∴kxQ-1=0,即xQ=
| 1 |
| k |
∴AQ=
| 1 |
| k |
| 1 |
| k |
∵点C的坐标为(0,2
| 3 |
∴yP=2
| 3 |
∴kxP-1=2
| 3 |
2
| ||
| k |
∴CP=
2
| ||
| k |
∵S梯形ACPQ=
| 1 |
| 2 |
∴
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
| 1 |
| 2 |
∴2(CP+AQ)=CE+AB.
∴2(
2
| ||
| k |
| 1 |
| k |
解得:k=
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经检验k=
| ||
| 2 |
∴k的值为
| ||
| 2 |
(3)过点I作IA⊥OH于A,作IB⊥OG于B,过点P作PC⊥y轴于C,作
PD⊥x轴于D,连接IO、IH、IG、PH、PG,如图2.
∵点I是△GOH的内心,
∴点I是△GOH的内角平分线的交点.
∵IA⊥OH,IB⊥OG,IN⊥GH,
∴IA=IB=IN.
∴AH=
| IH2-IA2 |
| IH2-IN2 |
同理GN=GB,OA=OB.
∴GN-NH=GB-AH=(OG-OB)-(OH-OA)=OG-OH.
∵P点坐标为(2,2),
∴OD=OC=2.
∵PC⊥OC,PD⊥OD,OC⊥OD,
∴∠PCO=∠COD=∠PDO=90°.
∴四边形OCPD是矩形.
∵OD=OC,
∴矩形OCPD是正方形.
∴∠CPD=90°,PC=PD.
∵GH是⊙O1直径,
∴∠GPH=90°.
∴∠CPD=∠GPH.
∴∠CPH=∠DPG.
在△PCH和△PDG中,
|
∴△PCH≌△PDG(ASA).
∴CH=DG.
∴CO+OH=OG-OD.
∴2+OH=OG-2.
∴OG-OH=4.
∴GN-NH=OG-OH=4.
∴GN-NH的值不变,其值为4.
点评:本题考查了垂径定理、圆周角定理、弧与弦的关系、三角形的内心、三角形的中位线定理、垂直平分线的性质、正方形的判定与性质、全等三角形的判定与性质、30°角所对的直角边等于斜边的一半、特殊角的三角函数值、勾股定理、梯形的面积公式等知识,综合性非常强,将GN-NH转化为OG-OH并证到CH=DG是解决第(3)题的关键.
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