金磊讲几何构型:两圆相切的性质与判定之四

教育   2024-12-10 20:48   陕西  

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。



往期推荐阅读

金磊讲几何构型:两圆相切的性质与判定之一

金磊讲几何构型:两圆相切的性质与判定之二

两圆相切之三暨猫爪定理之十 ——2020年希望联盟3-3

提分关键词:思想纯粹,稳定情绪,适度锻炼,激发潜能,保持节奏,时刻细心,相信自己

1: 新高考题型结构试卷750套及详细解析

2:关于新高考模式下的备考讲座230篇

3:命题研究讲座300余篇

4:高考备考讲座560余篇

5:职业规划类讲座270篇

高三模拟考,成绩波动不一定是坏事

学习方法指导:如何纠正偏科现象?

复习策略:新高三一轮复习的整体思路

学习方法指导:优秀学生的学习方法与策略

第一次月考成绩出来了:不分析试卷!月考白考了?

好题汇编:高一下期中常考中档题与压轴题汇总(31个题型共100题)
好题汇编:高二下期末考前复习专题(37类题型共100个题)
这两个问题不解决,提前学就是竹篮打水一场空
这,就是数学
什么是高中物理?如何理清高中物理框架?
赛题汇编:2024年全国高中数学联赛(16省市)初赛试题及答案

教学参考:初高中开学第一课优质资源汇总180余篇

CCTV纪录片 | 数学大片《被数学选中的人》(视频1—4集全)

励志数学纪录片:华罗庚传八集视频全(建议收藏

2024 年第 13 届数学竞赛命题工作研讨会会议资料






妙解之慧
此公众号主要分享初、高中数学学习方法,经典题,寻找解题通法举一反三、精学一题、妙解一类、跳出题海,目的就是为了把数学冰冷的美丽变成火热的思考,让更多人受益!
 最新文章