题目内容

【题目】如图所示,在边长为4正方形OABC中,OB为对角线,过点O作OB的垂线.以点O为圆心,r为半径作圆,过点C做⊙O的两条切线分别交OB垂线、BO延长线于点D、E,CD、CE分别切⊙O于点P、Q,连接AE.

(1)请先在一个等腰直角三角形内探究tan22.5°的值;

(2)求证:

①DO=OE;

②AE=CD,且AE⊥CD.

(3)当OA=OD时:

①求∠AEC的度数;

②求r的值.

【答案】(1)tan22.5°=﹣1;(2)①见解析;②见解析;(3)①∠AEC的度数为45°;②r=2

【解析】

(1)如图1,△GMN是等腰直角三角形,过点N作NF平分∠MNG,交GM于点F,过点F作FH⊥NG于H.根据角平分线的性质可得FM=FH,利用三角函数可得GF=FH,从而有GF=FM,进而可得MN=(+1)FM,在Rt△FMN中运用三角函数就可求出tan22.5°的值.

(2)如图2,①易证∠DOC=∠EOC=135°,根据切线长定理可得∠PCO=∠QCO,从而可证到△DOC≌△EOC,则有OD=OE.②易证△AOE≌△COD,从而有AE=CD,∠AEO=∠CDO.由∠KDO+∠DKO=90°可得∠AEO+∠DKO=90°,即可证到AE⊥CD.

(3)连接OQ,如图3.由OC=OE得∠OEC=∠OCE,从而求出∠OEC=22.5°.在Rt△OQE中,运用三角函数可得到然后运用勾股定理就可求出r的值.

解:(1)如图1,△GMN是等腰直角三角形.

则有∠M=90°即GM⊥MN,MG=MN,∠MGN=∠MNG=45°.

过点N作NF平分∠MNG,交GM于点F,过点F作FH⊥NG于H.

∵NF平分∠MNG,FH⊥NG,FM⊥MN,

∴

∵FH⊥NG即∠FHG=90°,∠G=45°,

∴

∴GF=FH.

∴GF=FM.

∴MN=MG=MF+FG=MF+FM=(+1)FM.

在Rt△FMN中,

tan∠FNM=tan22.5°

∴tan22.5°=﹣1.

(2)①如图2,

∵四边形OABC是正方形,

∴OA=OC,∠AOB=∠BOC=45°.

∴∠EOC=180°﹣∠BOC=135°.

∵OD⊥OB即∠DOB=90°,

∴∠DOC=∠DOB+∠BOC=135°.

∴∠DOC=∠EOC.

∵CD、CE分别与⊙O相切于P、Q,

∴∠PCO=∠QCO.

在△DOC和△EOC中,

∴△DOC≌△EOC(ASA).

∴OD=OE.

②∵∠AOB=45°,

∴∠AOE=135°.

∴∠AOE=∠DOC.

在△AOE和△COD中,

∴△AOE≌△COD(SAS).

∴AE=CD,∠AEO=∠CDO.

∵∠DOB=90°,∴∠KDO+∠DKO=90°.

∴∠AEO+∠DKO=90°.

∴∠KRE=90°.

∴AE⊥CD.

(3)①∵OA=OD,OA=OC,OD=OE,

∴OA=OD=OE=OC.

∴点A、D、E、C在以点O为圆心,OA为半径的圆上.

∴根据圆周角定理可得∠AEC=∠AOC=45°.

∴∠AEC的度数为45°.

②连接OQ,如图3.

∵OC=OE,∴∠OEC=∠OCE.

∵∠BOC=∠OEC+∠OCE=2∠OEC=45°,

∴∠OEC=22.5°

∵CE与⊙O相切于点Q,

∴OQ⊥EC,即∠OQE=90°.

在Rt△OQE中,

∵∠OQE=90°,

∴tan∠OEQ=tan22.5°

∵OQ=r,

∴

∵∠OQE=90°,

∴OQ2+QE2=OE2.

∵

∴

整理得

解得:r=.

∴r的值为.

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