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与圆的位置关系

与圆的位置关系

主讲:

童丽丹

一、知识要点概述

1、点与圆的三种位置关系

  设圆的半径为r,点P到圆心的距离为d,则

2、直线与圆的三种位置关系

  设圆的半径为r,圆心O到直线l的距离为d,则

3、切线的判定方法除定义(直线l与圆只有惟一的公共点)外,还有:

(1)和圆心的距离等于半径的直线是圆的切线;

(2)过半径外端且和这条半径垂直的直线是圆的切线.

4、切线的性质:

(1)切线和圆只有一个公共点;

(2)切线和圆心的距离等于半径;

(3)切线垂直于过切点的半径;

(4)过圆心且垂直于切线的直线必过切点;

(5)过切点且垂直于切线的直线必过圆心.

5、从圆外一点引圆的两条切线,它们的切线长相等,圆心和这一点的连线平分两条切线的夹角.

6、注意三角形“四心”的区别

  外心——三边中垂线的交点,为三角形外接圆的圆心,它到三角形三个顶点的距离相等.

  内心——三个内角平分线的交点,为三角形内切圆的圆心,它到三角形三边距离相等,其中直角三角形内切圆半径等于周长的一半与斜边的差.

  重心——三条中线的交点.

  垂心——三条高的交点.

7、圆与圆的位置关系

  设两圆半径分别为R,r(R≥r>0),圆心距为d,则关于圆与圆的五种位置关系,应掌握下表内容.

位置关系

圆心距d与

半径的关系

交点数

内公切线数

外公切线数

连心线的特征

外离

d>R+r

0

2

2

 

外切

d=R+r

1

1

2

切点在连心线上

内切

d=R-r

1

0

1

切点在连心线上

相交

R-r

2

0

2

连心线垂直平分公共弦

内含

d

0

0

0

 

二、典型例题剖析

例1、已知两圆的半径为r1=1,r2=3,圆心距d和r1,r2恰好能构成一个三角形,则:

(1)这两圆有_________公共点;

(2)d的取值范围是_________;(3)这两圆的位置关系是_________.

分析:

  由于圆心距d和r1,r2恰好能构成一个三角形,可知|r1-r2|

2

两圆相交

两圆有两个公共点.

解:

(1)2;

  

(2)2

  (3)相交.

例2、如图,AB是⊙O的直径,D在AB的延长线上,BD=OB,C在圆上,∠CAB=30°.求证:

DC是⊙O的切线.

分析:

  因C在圆上,欲证DC是圆的切线,只需证明OC⊥CD即可,这一步可通过∠OCB+∠BCD=90°得到.

证明:

连结OC、BC.

   ∵AB是⊙O的直径,∴∠ACB=90°.

   又OC=OB,∠CAB=30°,

   ∴△BCO为等边三角形,即OB=OC=BC.

   又BD=OB,∴BD=BC,∴△BDC为等腰三角形,

   ∴∠BCD=

∠ABC=30°,

   ∠OCD=∠OCB+∠BCD=60°+30°=90°,

   ∴DC是⊙O的切线.

例3、如图,AB是⊙O的直径,AD、BC、CD是⊙O的切线,切点分别是A、B、E,DO、AE相交于点F,CO、BE相交于点G.求证:

(1)CO⊥DO;

(2)四边形EFOG是矩形.

分析:

  

(1)欲证OC⊥OD只需证∠ODC+∠OCD=90°.

  根据切线长定理,得∠ODC+∠OCD=

(∠ADC+∠BCD).

  再由切线的性质不难得AD//BC,从而∠ADC+∠BCD=180°,

(1)获证.

  

(2)仍由切线长定理,可证AE⊥DO,BE⊥CO,而∠AEB=90°,

(2)获证.

证明:

  

(1)∵AB是⊙O的直径,AD、BC是⊙O的切线,

  ∴AD⊥AB,BC⊥AB,

  ∴AD//BC,

  ∴∠ADC+∠BCD=180°.

  又∵DC是⊙O的切线,

  由切线长定理,得∠ODC=

∠ADC,∠OCD=

∠BCD,

  ∴∠ODC+∠OCD=

(∠ADC+∠BCD)=90°,

  故∠DOC=90°,即OC⊥OD.

  

(2)∵DA、DE分别切⊙O于点A、E,

  ∴DA=DE,∴AE⊥DO,

  ∴∠EFO=90°.

  同理BE⊥CO,∠EGO=90°.

  又AB是直径,∴∠FEG=90°,

  ∴四边形EFOG是矩形.

点评:

  在有关圆的问题中,切线长定理与切线的性质定理的综合应用往往是证明线段相等、角相等、弧相等、垂直关系的重要依据.

例4、如图,在直角坐标系中,点O′的坐标为(2,0),⊙O′与x轴交于原点O和点A.又B、C、E三点的坐标分别为(-1,0),(0,3),(0,b),且0

  

(1)求点A的坐标和经过B、C两点的直线的解析式;

  

(2)当点E在线段OC上移动时,直线BE与⊙O′有哪几种位置关系?

并求出每种位置关系中b的取值范围.

分析:

  本例是数形结合类的结论探索型问题.其中第

(1)问不难求解;第

(2)问应先设点E在OC上移动至某处时,恰使直线BE切⊙O′于点M.下面的目标是探求OE之长,即知

.再由0

解:

  

(1)由题设条件可得A(4,0).

  设经过B、C两点的直线的解析式为y=kx+b,将B(-1,0),C(0,3)代入,易求得直线的解析式为y=3x+3.

  

(2)当点E在线段OC上移动时,直线BE与⊙O′有三种位置关系:

相离、相切、相交.

  设当点E在OC上移动至某处时,恰使直线BE切⊙O′于点M,连结O′M.

  ∵BM切⊙O′于点M,

  ∴O′M⊥BM且O′M=2.

  在Rt△BMO′中,∵BO′=3,O′M=2,

  

  又∵OE⊥OB,O′M⊥BM,∠EBO=∠O′BM,

  ∴Rt△BEO∽Rt△BO′M

  

点评:

  结论探索型问题是近几年中考的热点题型.解题时,一般充分利用已知条件或图形特征进行猜想和分析,发现规律、获取结论.

例5、如图,⊙O1与⊙O2相交于A、B两点,过点A作⊙O2的切线CF交⊙O1于点C,直线CB交⊙O2于点D,直线DA交⊙O1于E,连结CE.求证:

   

(1)△CAE是等腰三角形;

   

(2)DA·DE=CD2-CE2.

证明:

(1)连结AB.

     ∵CA切⊙O2于点A,

     ∴∠FAD=∠ABD.

     又∵四边形ABCE为⊙O1的内接四边形,

     ∴∠ABD=∠E,∴∠FAD=∠E.

     又∵∠FAD=∠EAC,

     ∴∠E=∠EAC,

     ∴CE=CA,即△ACE为等腰三角形.

   

(2)∵CA切⊙O2于点A,

     ∴∠CAB=∠D.

     又∵∠ACB=∠DCA,

     ∴△CAB∽△CDA,

     ∴

,即CA2=CB·CD.①

     又∠ABD=∠E(

(1)已证),∠ADB=∠CDE,

     ∴△ABD∽△CED,

     ∴

,即DA·DE=DB·DC,②

     ①+②得:

CA2+DA·DE=CB·CD+BD·CD=CD2,

     ∴DA·DE=CD2-CA2=CD2-CE2.

点评:

  一条公共弦的连结,使弦切角与圆周角、圆内接四边形的外角与内角之间得以沟通,可见“两圆相交、连公共弦”是多么重要.而更多的时候要用到“连心线垂直平分公共弦”这条重要性质的传递作用.

例6、⊙O1与⊙O2外切于点P,一条公切线为AB,A、B为切点.设两圆的半径为r1、r2.求证:

AB2=4r1r2.

证法一:

  如图

(1),过两圆的切点P作内公切线PC交AB于点C,连结O1C、O2C及O1P、O2P.

∵AB、CP均为两圆的切线,

∴CA=CP=CB,O1C平分∠ACP,O2C平分∠BCP,

∴∠O1CO2=90°.

又P在两圆连心线O1O2上,

∴O1O2为Rt△O1CO2的斜边,且CP⊥O1O2.

由Rt△O1PC∽Rt△CPO2得CP2=O1P·O2P,

∴AB2=4r1r2.

证法二:

如图

(2),连结O1A、O2B及O1O2,过O1作O1D⊥O2B于D.

  ∵AB为两圆的公切线,

  ∴O1A⊥AB,O2B⊥AB,

  ∴四边形ABDO1为矩形,∴BD=AO1,O1D=AB.

  设⊙O1,⊙O2的半径分别为r1、r2(r2>r1),则

  O1O2=r1+r2,O2D=r2-r1.

  在Rt△O1DO2中,O1D2=O1O22-O2D2=(r1+r2)2-(r2-r1)2=4r1r2,

  即AB2=4r1r2.

点评:

  证法

(一)作两圆的内公切线,充分发挥了切线长定理的两个作用(切线长相等、点C与圆心的连线平分两条切线的夹角);证法

(二)是通过平移切线AB,化归为解直角三角形问题来解决,显得简洁、直观,这些都是常用的方法.

例7、已知⊙O1与⊙O2相交于A、B两点,且O2点在⊙O1上.

  

(1)如图

(1),AD是⊙O2的直径,连结DB,并延长交⊙O1于点C.求证:

O2C⊥AD;

  

(2)如图

(2),如果AD是⊙O2的一条弦,连结DB并延长交⊙O1于C,那么CO2所在直线是否与AD垂直?

证明你的结论.

证明:

  

(1)连结AB,则有∠AO2C=∠ABC=180°-∠ABD=90°,

    ∴CO2⊥AD.

  

(2)CO2所在直线与AD垂直,理由:

    作直径AD1交⊙O2于D1,连结D1B并延长交⊙O1于C1,连结AB.

    由第

(1)问可知∠AO2C1=90°,

    ∴∠AD1B+∠BC1O2=90°.

    在⊙O2中,∠AD1B=∠ADB,在⊙O1中,∠BC1O2=∠BCO2,

    ∴∠ADB+∠BCO2=90°,∴∠DEC=90°,∴CE⊥AD.

点评:

  解决此类问题,关键是要找出一般与特殊的关系.在图形变换中,要找出不变量.

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