题目内容

【题目】(概念认识)

在同一个圆中两条互相垂直且相等的弦定义为“等垂弦”,两条弦所在直线的交点为等垂弦的分割点.如图①,AB、CD是⊙O的弦,AB=CD,AB⊥CD,垂足为E,则AB、CD是等垂弦,E为等垂弦AB、CD的分割点.

(数学理解)

(1)如图②,AB是⊙O的弦,作OC⊥OA、OD⊥OB,分别交⊙O于点C、D,连接CD.求证: AB、CD是⊙O的等垂弦.

(2)在⊙O中,⊙O的半径为5,E为等垂弦AB、CD的分割点,.求AB的长度.

(问题解决)

(3)AB、CD是⊙O的两条弦,CD=AB,且CD⊥AB,垂足为F.

①在图③中,利用直尺和圆规作弦CD(保留作图痕迹,不写作法).

②若⊙O的半径为r,AB=mr(m为常数),垂足F与⊙O的位置关系随m的值变化而变化,直接写出点F与⊙O的位置关系及对应的m的取值范围.

【答案】(1)详见解析;(2)2;(3)①作图见解析;②当0<m<时,点F在⊙O外;当m=时,点F在⊙O上;<m≤2时,点F在⊙O内.

【解析】

(1)根据在同圆中,相等的圆心角所对的弦相等证明AB=CD,再根据同弧所对的圆周角等于它所对的圆心角的一半可证明∠ACB=∠DCB=45°,从而可得结论;

(2)分两种情况:①点E在⊙O内,作OH⊥AB,垂足为H,作OG⊥CD,垂足为G,证明△AHO≌△DGO得OH=OG,再证明矩形OHEG为正方形结合=证明出AH=2OH,运用勾股定理求出OH的长即可;②点E在⊙O外,求解方法同①;

(3)①连接OA,过O作OM⊥OA交于点M,以M为圆心,以AG的长为半径画弧交于点N,连接MN,再四等分弦MN,即可作出CD=且CD ⊥AB;

②由于AB是⊙O的弦可知m≤2,再由点F在圆上时可求出m=,最后分当0<m<时,点F在⊙O外;当m=时,点F在⊙O上;<m≤2时,点F在⊙O内,三种情况进行讨论即可.

(1)如图①,连接BC,

∵OC⊥OA、OD⊥OB,

∴∠AOC=∠BOD=90°,

∴∠AOB=∠COD,

∴AB=CD,

∵=

∴∠ABC=∠AOC=45°.

同理∴∠BCD=∠BOD=45°,

∴∠AEC=∠ABC+∠BCD=90°,

即AB⊥CD,

∵AB=CD,AB⊥CD,

∴ AB、CD是⊙O的等垂弦.

(2)如图②,若点E在⊙O内,作OH⊥AB,垂足为H,作OG⊥CD,垂足为G,

∵AB、CD是⊙O的等垂弦,

∴AB=CD,AB⊥CD,

∴AH=DG=AB,OA=OD,∠AHO=∠DGO,

∴△AHO≌△DGO,

∴OH=OG,

∴矩形OHEG为正方形,

∴OH=HE .

∵=,

又AH=BH,

∴AH=2BE=2OH,

在Rt△AOH中,AO2=AH2+OH2.

即(2OH)2+OH2=AO2=25,

解得OH=,则AB=4HE=4;

若点E在⊙O外,同理,AH=,则AB=2AH=2.

(3)①如图所示,弦CD即为所求;

②∵AB是⊙O的弦,

∴AB≤2r,即m≤2,

当点F在圆上时,如图所示,

此时,AB=mr,CD=,AD=2r

由勾股定理得,

解得,

因此,当0<m<时,点F在⊙O外;当m=时,点F在⊙O上;当<m≤2时,点F在⊙O内.

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