本文继续讲解切割线定理及母子型相似的应用

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(1)

例16、如图,点P为⊙O外一点,过点P作⊙O的两条切线,切点分别为A,B.过点A作PB的平行线,交⊙O于点C.连结PC,交⊙O于点E;连结AE,并延长AE交PB于点K.求证:PE·AC=CE·KB.(2006年初中数学联赛)

思路分析:分析法,

欲证PE·AC=CE·KB,即证PE/KB=CE/AC,

由平行得PE/KP=CE/AC,

从而只需证明KP=KB,而由切割线定理知这是显然的,从而得证。

证明:由切线及平行得

∠PAK=∠ACP=∠KPE,

从而△PEK∼△APK,

则PK^2=KE*KA,

又由切割线定理得

BK^2=KE*KA,从而PK=BK,

由平行得到

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(2)

即得PE·AC=CE·KB 。

注:本题很简单,此构型前面也多次见到和用到,希望初学者熟练掌握。

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(3)

例17、已知,如图,EF、CD为两圆外公切线,EF交CD于O,两圆交于A、B。

求证:OA为△ACD外接圆切线;

思路分析:欲证OA为△ACD外接圆切线,

即证∠OAC=∠ODA。

条件中O为两外公切线的交点不太好用,

想到O为两圆外位似中心,

从而延长OA交大圆于I,则

AI为相似对应点,

从而∠OAC=∠OID=∠ODA。

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(4)

证明:延长OA交大圆于I,

显然O为两圆外位似中心,

C、D,A、I为对应点,则

∠CAO=∠DIO=∠ODA,

即得OA为△ACD外接圆切线;

注:本题也比较简单,但是很经典也和重要,从位似角度看是显然的。当然本题也可以不用位似直接证明。

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(5)

例18 、已知:如上图,圆O、O’交于P、Q,PA、PB为圆O、O’切线,A、B分别在圆O、O’上,PQ交△ABC外接圆于R。

求证:PQ=QR(2016年高中数学联赛陕西省预赛试题)

思路分析:作出△PAB圆心T合情合理,

相交两圆必连公共弦和连心线,

欲证PQ=QR,即证TQ⊥PQ,

即证TQ//OO'。

由切线可得OPO'T为平行四边形,

则OO'为中位线,从而得证。

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(6)

证明:设△PAB外接圆圆心为T,

则TO⊥PA。

又由切线得O'P⊥PA,

则OT//O'P.

同理O'T//OP,

故OPO'T为平行四边形,

则N为PT中点,

又M为PQ中点,

则MN//TQ,

故TQ⊥PQ,

则PQ=QR。

注:本题也不难,证明方法也很多,不过上述证法基本上是最简洁的了。

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(7)

例19、如图,若AP、AQ为圆O的切线,,过A的圆的割线ACD交PQ于B点。

求证:BD/BC=AD/AC;

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(8)

证明:如上图,由切割线定理则

AP/AD=PC/DP, AC/AQ=QC/QD,从而得到

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(9)

即结果成立。

注:前面我们多次提到,一般的,称满足上述表达式的A,B;C,D为调和点列,其表达式有很多变式。称PDQC为调和四边形,读者可以参阅[5]。当然本题证明方法很多,上述方法是用计算得到的,也可以作出CD中点,由相似得到,感兴趣的读者可以自行探讨。当然如果从极点极线的角度看,本问题相当于证明过点A的圆O的动弦上满足A,B;C,D为调和点列的点B的轨迹在A的极线上,这是极线的一种定义。当然本结论对所有的圆锥曲线均成立。

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(10)

例20 、如上图,过圆O外一点P做割线PAB、PCD,AD与BC、AC与BD分别交于E、F,P对圆O的切线为PS、PT,其中S、T为切点。

求证:E,F,S,T共线(2002年CMO试题等价表述)

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(11)

思路分析:由对称性,只需证明E在ST上即可。相当于证明AD,BC,ST三线共点,自然的思路是消点法,在△ABT中,由角元塞瓦定理,只需证明六个角的正弦值之间的等式。由正弦定理转化为证明六个线段相间线段乘积相等,这个不难类似上题证明。

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(12)

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(13)

注:1)本结论也是极线的另一种定义,即过P的两条割线PAB、PCD,ABCD对角线交点的连线即为P对圆O的极线。当然对于所有的圆锥曲线都成立。需要特别说明的是,如果此结论不用几何方法,要用解析法直接计算,则计算量蔚为大观,几乎很难完成。不相信的读者可以挑战一下 ^_^。

2)上述证明用塞瓦定理计算证明,与上题证明如出一辙。当然上述证明中得到的结论:圆内接六边形对角线交于一点的充要条件为相间线段乘积相等。是塞瓦定理的一个推论,是证明圆内接六边形对角线交于一点的重要方法。

3)我们在文[1]中提到过不用直尺、只用圆规作图问题。类似的还有一个问题是只用直尺、不用圆规作图问题,一个最经典的问题是已知线段AB//CD,作AB中点。其实就是利用文[1]中的Steiner定理,直接连线即可,如下图。

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(14)

另一个比较困难的直尺作图问题是:只用直尺过圆外一点P作圆的切线(不给出圆心,其实即使给出圆心也没有用)

做法其实就是本题证明的结论,过P任意作割线PAB、PCD,AD交CB、AC交BD于E、F,

EF交圆于S、T,则PS、PT即为圆的切线,证明如上。而且此方法可以适用于所有的二次曲线。对作图感兴趣的读者可以参考文献[10]。

切割线定理怎么使用(切割线定理变形及其应用之五)(15)

前面通过5篇文章、20个例题,展示了切割线定理及其推论在许多几何问题中的应用,我们发现这个结论和构型虽然很简单,但是至关重要,是解决很多难题的突破口和关键点;这也告诉了我们一个朴素的道理:最简单的往往是最重要的,关键是要合理及巧妙的使用它!希望读者在以后的学习生活中慢慢体会其中的真意!另一方面对经典的简单结论要多积累,这样才能在合适的时候用上。正如《老子》中所说的:九尺之台,起于累土;合抱之木,生于毫末;千里之行,始于足下。

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