1 已知:圆O,O'相外切,圆O上点P对圆O'切线为PA,PB,M为AB中点,PB交圆O于D,OC⊥PA且C在弧PD上,
求证:C,D,M共线。(《中等数学》数学奥林匹克问题高544)
思路分析:
两圆相切,切点必然很重要,设为S,不难得到OSO’,PMO’,CSA共线.
则∠SPC=∠SBM,发现此结构中嵌套着经典的调和四边形陪位中线结构,即:
已知:如图,△ABC外接圆在B、C处的切线交于E,D为BC中点。
求证:∠BAD=∠CAE
由此结构知∠BSM=∠PSC=∠PDC,
则CDM共线
<=>∠BDM=∠PDC
<=>∠BDM=∠BSM
<=>DSMB共圆,
这个不难倒角得到。在本图中,上述经典结论也“顺便”可以证明。
具体证明过程如下:
证明:设切点为S,则O,S,O'共线,
又OC//O'A,则A,S,C共线。
则∠SPC=0.5∠SOC=0.5∠SO'A=∠SBA.
又O'MP共线且为AB中垂线,则
O'S^2=O'A^2=O'M*O'P,
则△O'SM∼△O'PS,
则∠PMS=∠OSP,
则∠SMB=90°+∠PMS=90°+∠OSP
=∠SDP=∠SCP,
∴SDBM共圆且∠PSC=∠BSM,
故∠MDB=∠BSM=∠PSC=∠PDC,
则CDM共线。
评析:
本题初看是相切两圆问题,但是图形中还隐藏着很多结论,
例如△SPC∼△SBM,这是手拉手模型。
还有S是DMJ对△ABC的密克点,这是密克结构。
当然本题隐藏着切割线结构和经典的调和四边形陪位中线结构。
因此本题虽然不是很难,但是是一个前面所有结构完美结合的好题。
当然本题还有很多不同的解法。有兴趣的读者可以自行探讨。
2 已知:如图,AB=AC,D为BC中点,DE⊥AC于E,P在CD上且DS⊥AP于S,ES交CD于Q,求证:△PQS外接圆与△ABC内切圆相切。
思路分析:
设两圆切点为J,发现图形中隐藏着很多结论,如LJQ,KJP共线,
还有AESD,ESPC,BKJQ,LESJ,KAESJ共圆等,
以下的难点在于如何描述J点,才能顺利的解决问题。
通过尝试,发现令J为QL与圆SQP交点即可。
具体证明如下:
证明:
设△ABC内切圆I与AB、AC切于K、L,QL交△PQS外接圆O于J;
依题意DA⊥BC,则AESD共圆,
则∠C=∠ADE=∠ASE,故PSEC共圆;
则∠LJS=∠SPQ=∠CES,故LJSE共圆;
显然QD为圆I及圆AES切线,
则QD^2=QS*QE=QJ*QI,故J在圆I上;
设MN为过J的圆O的切线,
则∠NJL=∠MJQ=∠JSQ=∠NLJ,
故MN为圆I的切线;
综上△PQS外接圆与△ABC内切圆相切。
注:
本题是叶中豪老师2017年2月发现的一个结论,虽然不算太难,但也不是很容易证明的问题。
3 已知:五边形ABCDE内接于圆O,直线XY过点A且和圆O相切,点A位于XY之间.
线段AD交△XED外接圆于D,Q,线段AC交△YBC外接圆于C,P.XE交YB于S,直线XQ交
YP于Z.
求证:△XYZ和△SBE外接圆相切。(2019伊朗数学奥林匹克第三轮决赛3)
思路分析:
设公切点为L,探究L的性质,发现ZSL共线,YBAL,XEAL共圆,
由此就差不多能够证明本题了。
可以设L为圆YBA,XEA交点,
则倒角可得LYZX,LBSE共圆,
然后做出公切线,倒角即可证明结果。
具体证明过程如下:
证明:
设圆ABY,AEX交于L,
则∠YLB=∠YAB=∠BCP=∠BYP,
则ZY为圆ABY切线,
同理ZX为圆AEX切线。
则∠YLX=∠YLA+∠XLA=∠ZYA+∠ZXA=180°-∠Z,
∴LYZX共圆。
∠BLE=∠BLA+∠ELA=∠SYA+∠SXA=180°-∠S,
∴LBSE共圆。
设ML为圆XYZ切线,
则∠MLE=∠MLX+∠XLE=∠LYX+∠XLE=∠LBA+∠XAE=∠LBA+∠ABE=∠LBE,
∴LM为△SBE外接圆切线,
综上△XYZ和△SBE外接圆相切。
注:
这是一个很好的题目,考察了两圆相切的基本结构,倒角共圆相切等基本知识。
应该还能推广。进一步,还有ZSL共线。上述证明中没有用到此结论,所以就不需要证明了。当然这个也不难证明,有兴趣的读者可以自行探讨。
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