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九大题型
专题24.2
圆心角、弧、弦的关系【九大题型】人教版解析版
专题
24.2
圆心角
关系
题型
人教版
解析
专题24.2 圆心角、弧、弦的关系【九大题型】
【人教版】
【题型1 圆心角、弧、弦的概念】 1
【题型2 利用圆心角、弧、弦的关系求角度】 4
【题型3 利用圆心角、弧、弦的关系求线段长度】 6
【题型4 利用圆心角、弧、弦的关系求周长】 9
【题型5 利用圆心角、弧、弦的关系求面积】 12
【题型6 利用圆心角、弧、弦的关系求弧的度数】 16
【题型7 利用圆心角、弧、弦的关系比较大小】 19
【题型8 圆心角、弧、弦中的证明问题】 22
【题型9 圆心角、弧、弦中的的倍数关系】 25
【知识点1 弧、弦、角、距的概念】
(1)定理:在同圆和等圆中,相等的圆心角所对的弧相等,所对的弦也相等.
(2)推论:在同圆或等圆中,如果两个圆心角、两条弧、两条弦中有一组量相等,那么它们所对应的其余各组量都分别相等.
说明:同一条弦对应两条弧,其中一条是优弧,一条是劣弧,而在本定理和推论中的“弧”是指同为优弧或劣弧.
(3)正确理解和使用圆心角、弧、弦三者的关系
三者关系可理解为:在同圆或等圆中,①圆心角相等,②所对的弧相等,③所对的弦相等,三项“知一推二”,一项相等,其余二项皆相等.这源于圆的旋转不变性,即:圆绕其圆心旋转任意角度,所得图形与原图形完全重合.
【题型1 圆心角、弧、弦的概念】
【例1】(2022秋•余姚市期中)下列语句中,正确的有( )
①相等的圆心角所对的弧相等;
②等弦对等弧;
③长度相等的两条弧是等弧;
④经过圆心的每一条直线都是圆的对称轴.
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
【分析】根据圆心角,弧,弦之间的关系,等弧,轴对称等知识一一判断即可.
【解答】解:①相等的圆心角所对的弧相等,错误,条件是同圆或等圆中.
②等弦对等弧,错误,弦所对的弧有两条,不一定相等.
③长度相等的两条弧是等弧,错误,等弧是完全重合的两条弧.
④经过圆心的每一条直线都是圆的对称轴.正确.
故选:A.
【变式1-1】(2022秋•长沙县期末)如图,四边形ABCD内接于⊙O,∠BAC=∠DAC,则下列正确的是( )
A.AB=AD B.BC=CD C.AB=AD D.∠BCA=∠DCA
【分析】根据∠BAC=∠DAC,得到BC=CD,根据圆心角、弧、弦的关系得到BC=CD.
【解答】解:∵∠BAC=∠DAC,
∴BC=CD,
∴BC=CD,
故选:B.
【变式1-2】(2022秋•凯里市校级期中)如图,在⊙O中,AB=CD,则下列结论中:①AB=CD;②AC=BD;③∠AOC=∠BOD;④AC=BD,正确的是 ①②③④ (填序号).
【分析】利用同圆或等圆中弧,弦以及所对的圆心角之间的关系逐项分析即可.
【解答】解:在⊙O中,AB=CD,
∴AB=CD,故①正确;
∵BC为公共弧,
∴AC=BD故④正确;
∴AC=BD,故②正确;
∴∠AOC=∠BOD,故③正确.
故答案为:①②③④.
【变式1-3】(2022秋•武汉期末)如图,⊙O中,弦AB⊥CD,垂足为E,F为CBD的中点,连接AF、BF、AC,AF交CD于M,过F作FH⊥AC,垂足为G,以下结论:①CF=DF;②HC=BF:③MF=FC:④DF+AH=BF+AF,其中成立的个数是( )
A.1个 B.2个 C.3个 D.4个
【分析】根据弧,弦,圆心角之间的关系,圆周角定理以及三角形内角和定理一一判断即可.
【解答】解:∵F为CBD的中点,
∴CF=DF,故①正确,
∴∠FCM=∠FAC,
∵∠ACF=∠ACM+∠MCF,∠AME=∠FMC=∠ACM+∠FAC,
∴∠AME=∠FMC=∠FCG>∠FCM,
∴FC>FM,故③错误,
∵AB⊥CD,FH⊥AC,
∴∠AEM=∠CGF=90°,
∴∠CFH+∠FCG=90°,∠BAF+∠AME=90°,
∴∠CFH=∠BAF,
∴CH=BF,
∴HC=BF,故②正确,
∵∠AGF=90°,
∴∠CAF+∠AFH=90°,
∴AH的度数+CF的度数=180°,
∴CH的度数+AF的度数=180°,
∴AH+CF=AH+DF=CH+AF=AF+BF,故④正确,
故选:C.
【题型2 利用圆心角、弧、弦的关系求角度】
【例2】(2022•资中县一模)如图,AB,CD是⊙O的直径,AE=BD,若∠AOE=32°,则∠COE的度数是( )
A.32° B.60° C.68° D.64°
【分析】根据圆心角、弧、弦的关系,由AE=BD得到∠BOD=∠AOE=32°,然后利用对顶角相等得∠BOD=∠AOC=32°,易得∠COE=64°.
【解答】解:∵AE=BD,
∴∠BOD=∠AOE=32°,
∵∠BOD=∠AOC,
∴∠AOC=32°
∴∠COE=32°+32°=64°.
故选:D.
【变式2-1】(2022•灌阳县一模)如图,在⊙O中,AB=CD,∠1=45°,则∠2=( )
A.60° B.30° C.45° D.40°
【分析】根据在同圆或等圆中,相等的弧所对的圆心角相等即可得到结论.
【解答】解:∵AB=CD,
∴∠2=∠1=45°,
故选:C.
【变式2-2】(2022秋•天河区期末)如图,在⊙O中,AC=BD,若∠AOC=120°,则∠BOD= 120° .
【分析】证明AC=BD可得结论.
【解答】解:∵AC=BD,
∴AC=BD,
∴∠BOD=∠AOC=120°,
故答案为:120°.
【变式2-3】(2022秋•亭湖区期末)如图,AB是⊙O的直径,BC=CD=DE,∠COD=34°,则∠AEO的度数是 51° .
【分析】由BC=CD=DE,可求得∠BOC=∠EOD=∠COD=34°,继而可求得∠AOE的度数;然后再根据等腰三角形的性质和三角形内角和定理来求∠AEO的度数.
【解答】解:如图,∵BC=CD=DE,∠COD=34°,
∴∠BOC=∠EOD=∠COD=34°,
∴∠AOE=180°﹣∠EOD﹣∠COD﹣∠BOC=78°.
又∵OA=OE,
∴∠AEO=∠OAE,
∴∠AEO=12×(180°﹣78°)=51°.
故答案为:51°.
【题型3 利用圆心角、弧、弦的关系求线段长度】
【例3】(2022春•永嘉县校级期末)如图,半径为R的⊙O的弦AC=BD.且AC⊥BD于E,连接AB,AD,若AD=22,则半径R的长为( )
A.1 B.2 C.2 D.22
【分析】连接OA,OD,由弦AC=BD,可得AC=BD,继而可得BC=AD,然后由圆周角定理,证得∠ABD=∠BAC,即可判定AE=BE,由AE=BE,AC⊥BD,可求得∠ABD=45°,继而可得△AOD是等腰直角三角形,则可求得AD=2R,由此即可解决问题.
【解答】解:连接OA,OD,
∵弦AC=BD,
∴AC=BD,
∴BC=AD,
∴∠ABD=∠BAC,
∴AE=BE,
∵AC⊥BD,AE=BE,
∴∠ABE=∠BAE=45°,
∴∠AOD=2∠ABE=90°,
∵OA=OD,
∴AD=2R,
∵AD=22,
∴R=2,
故选:C.
【变式3-1】(2022•桂平市二模)如图,在Rt△ACB中∠ACB=60°,以直角边AB为直径的⊙O交线段AC于点E,点M是弧AE的中点,OM交AC于点D,⊙O的半径是6,则MD的长度为( )
A.32 B.32 C.3 D.23
【分析】根据三角形内角和定理求出∠A=30°,根据垂径定理求出OD⊥AE,根据含30°角的直角三角形的性质求出OD,再求出MD即可.
【解答】解:∵∠ABC=90°,∠ACB=60°,
∴∠A=30°,
∵M为弧AE的中点,OM过圆心O,
∴OM⊥AD,
∴∠ADO=90°,
∴OD=12OA=12×6=3,
∴MD=OM﹣OD=6﹣3=3,
故选:C.
【变式3-2】(2022•渝中区校级模拟)如图,AB是⊙O的直径,点D是弧AC的中点,过点D作DE⊥AB于点E,延长DE交⊙O于点F,若AE=2,⊙O的直径为10,则AC长为( )
A.5 B.6 C.7 D.8
【分析】根据垂径定理求出DE=EF,AD=AF,求出ADC=DAF,求出AC=DF,求出EF的长,再求出DF长,即可求出答案.
【解答】解:连接OF,如图:
∵DE⊥AB,AB过圆心O,
∴DE=EF,AD=AF,
∵D为弧AC的中点,
∴AD=DC,
∴ADC=DAF,
∴AC=DF,
∵⊙O的直径为10,
∴OF=OA=5,
∵AE=2,
∴OE=OA﹣AE=5﹣2=3,
在Rt△OEF中,由勾股定理得:EF=OF2−OE2=52−33=4,
∴DE=EF=4,
∴AC=DF=DE+EF=4+4=8,
故选:D.
【变式3-3】(2022秋•曾都区期中)如图,在⊙O中,AC=12AB,直径BC=25,BD=CD,则AD= 32 .
【分析】如图,连接DB,DC,过点D作DE⊥AB于点E,DF⊥AC交AC的延长线于点F.证明四边形DEAF是正方形,可得AD=2AF,想办法求出AF,可得结论.
【解答】解:如图,连接DB,DC,过点D作DE⊥AB于点E,DF⊥AC交AC的延长线于点F.
∵BC是直径,
∴∠BAC=90°,
∵BC=25,AB=2AC,
∴AC=2,AB=4,
∵∠DEA=∠EAF=∠DFA=90°,
∴四边形DEAF是矩形,
∵AD平分∠BAC,
∴DE=DF,
∴四边形DEAF是正方形,
∴AD=2AF,
∵∠DAB=∠DAC,
∴BD=CD,
∴BD=CD,
∵∠DEB=∠F=90°,DB=DC,DE=DF,
∴Rt△DEB≌Rt△DFC(HL),
∴BE=CF,
∴AB+AC=AE+BE=AF﹣CF=2AF=6,
∴AF=3,
∴AD=2AF=32,
故答案为:32.
【题型4 利用圆心角、弧、弦的关系求周长】
【例4】(2022秋•龙口市期末)如图,已知⊙O的半径等于1cm,AB是直径,C,D是⊙O上的两点,且AD=DC=CB,则四边形ABCD的周长等于( )
A.4cm B.5cm C.6cm D.7cm
【分析】如图,连接OD、OC.根据圆心角、弧、弦间的关系证得△AOD、△OCD、△COB是等边三角形,然后由等边三角形的性质求得线段AD、DC、CB与已知线段OA间的数量关系.
【解答】解:如图,连接OD、OC.
∵AD=DC=CB(已知),
∴∠AOD=∠DOC=∠COB(在同圆中,等弧所对的圆心角相等);
∵AB是直径,
∴∠AOD+∠DOC+∠COB=180°,
∴∠AOD=∠DOC=∠COB=60°;
∵OA=OD(⊙O的半径),
∴△AOD是等边三角形,
∴AD=OD=OA;
同理,得
OC=OD=CD,OC=OB=BC,
∴AD=CD=BC=OA,
∴四边形ABCD的周长为:AD+CD+BC+AB=5OA=5×1cm=5cm;
故选:B.
【变式4-1】(2022秋•海口期末)如图,A、B是半径为3的⊙O上的两点,若∠AOB=120°,C是AB的中点,则四边形AOBC的周长等于 12 .
【分析】通过等弧所对的圆心角相等和∠AOB=120°,得到△AOC和△BOC都是等边三角形,再求出四边形AOBC的周长.
【解答】解:∵C是AB的中点
∴∠AOC=∠BOC,而∠AOB=120°
∴∠AOC=∠BOC=60°
∴△AOC和△BOC都是等边三角形
∴OA=OB=CA=CB=3
所以四边形AOBC的周长等于12.
故填12.
【变式4-2】(2022秋•西林县期末)如图,在⊙O中,∠AOB=60°,弦AB=3cm,那么△AOB的周长为 9cm .
【分析】由OA=OB,得△OAB为等边三角形进行解答.
【解答】解:∵OA=OB,∠AOB=60°,
∴△OAB为等边三角形,
∴OA=OB=AB
∵AB=3cm,
∴△AOB的周长为3+3+3=9(cm).
故答案为:9cm.
【变式4-3】(2022•江北区校级开学)如图,⊙O的弦AC=BD,且AC⊥BD于E,连接AD,若AD=36,则⊙O的周长为 63π .
【分析】接AB,AO,DO,根据⊙O的弦AC=BD求出BC=AD,根据圆周角定理求出∠BAC=∠ABD,求出∠ABD=∠BAC=12(180°﹣∠AEB)=45°,根据圆周角定理求出∠AOD=2∠ABD=90°,解直角三角形求出AO,再求出答案即可.
【解答】解:连接AB,AO,DO,
∵⊙O的弦AC=BD,
∴ABC=BAD,
∴BC=AD,
∴∠BAC=∠ABD,
∵AC⊥BD,
∴∠AEB=90°,
∴∠ABD=∠BAC=12(180°﹣∠AEB)=45°,
∴∠AOD=2∠ABD=90°,
即△AOD是等腰直角三角形,
∵AD=36,AO2+OD2=AD2,
∴AO=33,
∴⊙O的周长是2×π×33=63π,
故答案为63π.
【题型5 利用圆心角、弧、弦的关系求面积】
【例5】(2022•海丰县模拟)如图,A,B是⊙O上的点,∠AOB=120°,C是AB的中点,若⊙O的半径为5,则四边形ACBO的面积为( )
A.25 B.253 C.2534 D.2532
【分析】根据在同圆或等圆中,相等的弧所对的圆心角相等得到∠AOC=∠BOC=60°,易得△OAC和△OBC都是等边三角形,即可解决问题.
【解答】解:连OC,如图,
∵C是AB的中点,∠AOB=120°,
∴∠AOC=∠BOC=60°,
又∵OA=OC=OB,
∴△OAC和△OBC都是等边三角形,
∴S四边形AOBC=2×12×52×32=2523.
故选:D.
【变式5-1】(2022•嘉兴二模)如图所示,在10×10的正方形网格中有一半径为5的圆,一条折线将它分成甲、乙两部分.S甲表示甲的面积,则S甲= 25π2 .
【分析】由题意得到AB=CD=6,AD=BC=8,求得S弓形AD=S弓形BC,S弓形AB=S弓形CD,根据三角形的面积公式得到S△ABE+S△DEF=S△BEF+S△CDF,于是得到结论.
【解答】解:如图,AB=CD=6,AD=BC=8,
∴S弓形AD=S弓形BC,S弓形AB=S弓形CD,
∵S△ABE+S△DEF=S△BEF+S△CDF,
∴S甲=S乙=12S圆=25π2,
故答案为:25π2.
【变式5-2】(2022秋•朝阳区校级期末)如图,在⊙O中,AC=CB,CD⊥OA于点D,CE⊥OB于点E.
(1)求证:CD=CE;
(2)若∠AOB=120°,OA=2,求四边形DOEC的面积.
【分析】(1)连接OC,根据圆心角、弧、弦的关系定理得到∠AOC=∠BOC,根据角平分线的性质定理证明结论;
(2)根据直角三角形的性质求出OD,根据勾股定理求出CD,根据三角形的面积公式计算,得到答案.
【解答】(1)证明:连接OC,
∵AC=BC,
∴∠AOC=∠BOC,又CD⊥OA,CE⊥OB,
∴CD=CE;
(2)解:∵∠AOB=120°,
∴∠AOC=∠BOC=60°,
∵∠CDO=90°,
∴∠OCD=30°,
∴OD=12OC=1,
∴CD=OC2−OD2=22−12=3,
∴△OCD的面积=12×OD×CD=32,
同理可得,△OCE的面积=12×OE×CE=32,
∴四边形DOEC的面积=32+32=3.
【变式5-3】(2022•浙江自主招生)如图,在半径为1的⊙O上任取一点A,连续以1为半径在⊙O上截取AB=BC=CD,分别以A、D为圆心A到C的距离为半径画弧,两弧交于E,以A为圆心O到E的距离为半径画弧,交⊙O于F.则△ACF面积是( )
A.2 B.3 C.3+224 D.3+34
【分析】连OA,OB,AD,DF,过A作AG⊥CF于G点,由AB=OA=OB=1,得到∠AOB=60°,弧AB的度数=60°,而AB=BC=CD,得弧ABD的度数=3×60°=180°,所以AD为⊙O的直径,∠CFA=60°;再由AN=AF=OE,则AD平分NF,EF过O点,弧FD=弧FA,得到△FAD为等腰直角三角形,可得FA=22AD=2,在Rt△AGF中,GF=12AF=22,AG=3GF=62,在Rt△AGC中,CG=AG=62,最后利用三角形的面积公式即可求出△ACF面积.
【解答】解:连OA,OB,AD,DF,过A作AG⊥CF于G点,连OE交⊙O于N,连AN,如图,
∵AB=OA=OB=1,
∴△OAB为等边三角形,
∴∠AOB=60°,
∴弧AB的度数=60°,
又∵AB=BC=CD,
∴弧AB=弧BC=弧CD,
∴弧ABD的度数=3×60°=180°,
∴AD为⊙O的直径,∠CFA=60°,
∵AN=AF=OE=2,∴AD平分NF,∴EF过O点,
∴弧FD=弧FA,
∴△FAD为等腰直角三角形,
∴∠FCA=∠FDA=45°,FA=22AD=2,
在Rt△AGF中,GF=12AF=22,AG=3GF=62,
在Rt△AGC中,CG=AG=62,
∴S△ACF=12CF•AG=12×(22+62)×62=3+34.
故选:D.
【题型6 利用圆心角、弧、弦的关系求弧的度数】
【例6】(2022•下城区校级四模)如图,等腰△ABC的顶角∠CAB为50°,以腰AB为直径作半圆,交BC于点D,交AC于点E,则DE的度数为( )
A.50° B.25° C.80° D.65°
【分析】连接AD,取AB的中点O,连接OE,OD.利用等腰三角形的性质以及圆周角定理求出∠DOE=50°,可得结论.
【解答】解:连接AD,取AB的中点O,连接OE,OD.
∵AB是直径,
∴∠ADB=90°,
∴AD⊥CB,
∵AB=AC,
∴∠BAD=∠DAC=12∠BAC=25°,
∴∠DOE=2∠DAC=50°,
∴DE的度数为50°,
故选:A.
【变式6-1】(2022秋•亭湖区校级月考)如图,在Rt△ABC中,∠C=90°,∠A=28°,以点C为圆心,BC为半径的圆分别交AB、AC于点D、点E,则弧BD的度数为( )
A.28° B.64° C.56° D.124°
【分析】先利用互余计算出∠B=64°,再利用半径相等和等腰三角形的性质得到∠CDB=∠B=64°,则根据三角形内角和定理可计算出∠BCD,然后根据圆心角的度数等于它所对弧的度数求解.
【解答】解:∵∠C=90°,∠A=28°,
∴∠B=62°,
∵CB=CD,
∴∠CDB=∠B=62°,
∴∠BCD=180°﹣62°﹣62°=56°,
∴BD的度数为56°.
故选:C.
【变式6-2】(2022•新昌县模拟)如图在给定的圆上依次取点A,B,C,D,连接AB,CD,AC=BD,设AC,BD相交于点E,弧AD=100°,AB=ED,则弧AB的度数为 50° .
【分析】连接BC,如图,由弧AD=100°得到∠ACD=50°,再证明AB=CD得到AB=CD,∠ACB=∠DBC,则CD=ED,所以∠DEC=∠DCE=50°,然后计算出∠ECB的度数,从而得到弧AB的度数.
【解答】解:连接BC,如图,
∵弧AD=100°,
∴∠ACD=50°,
∵AC=BD,
∴AC=BD,
即AB+AD=AD+CD,
∴AB=CD,
∴AB=CD,∠ACB=∠DBC,
∵AB=ED,
∴CD=ED,
∴∠DEC=∠DCE=50°,
∵∠DEC=∠EBC+∠ECB=2∠ECB,
∴∠ECB=12∠DEC=25°,
∴弧AB的度数为50°.
故答案为:50°.
【变式6-3】(2022•浙江)把一张圆形纸片按如图所示方式折叠两次后展开,图中的虚线表示折痕,则BC的度数是( )
A.120° B.135° C.150° D.165°
【分析】直接利用翻折变换的性质得出∠BOD=30°,再利用弧度与圆心角的关系得出答案.
【解答】解:如图所示:连接BO,过点O作OE⊥AB于点E,
由题意可得:EO=12BO,AB∥DC,
可得∠EBO=30°,
故∠BOD=30°,
则∠BOC=150°,
故BC的度数是150°.
故选:C.
【题型7 利用圆心角、弧、弦的关系比较大小】
【例7】(2022秋•顺义区期末)如图,在⊙O中,如果AB=2AC,则下列关于弦AB与弦AC之间关系正确的是( )
A.AB=AC B.AB=2AC C.AB>2AC D.AB<2AC
【分析】取弧AB的中点D,连接AD,BD,则AB=2AD=2BD,由已知条件AB=2AC,得出AD=BD=AC,根据圆心角、弧、弦关系定理的推论得到AD=BD=AC,又在△ABD中,根据三角形三边关系定理得出AD+BD>AB,即可得到AB<2AC.
【解答】解:如图,取弧AB的中点D,连接AD,BD,则AB=2AD=2BD,
∵AB=2AC,
∴AD=BD=AC,
∴AD=BD=AC.
在△ABD中,AD+BD>AB,
∴AC+AC>AB,即AB<2AC.
故选:D.
【变式7-1】(2022秋•西林县期末)如图,AB是⊙O的直径,CD的是⊙O中非直径的任意一条弦,试比较AB与CD的大小,并说明理由.
【分析】连接OC,OD,再根据三角形的三边关系即可得出结论.
【解答】解:连接OC,OD,
∵AB=OA+OB=OC+OD,OC+OD>CD,
∴AB>CD.
【变式7-2】(2022秋•余姚市月考)如图,在三个等圆上各有一条劣弧:弧AB、弧CD、弧EF,如果AB+CD=EF,那么AB+CD与EF的大小关系是( )
A.AB+CD=EF B.AB+CD<EF
C.AB+CD>EF D.大小关系不确定
【分析】在弧EF上取一点M使弧EM=弧CD,推出弧FM=弧AB,根据圆心角、弧、弦的关系得到AB=FM,CD=EM,根据三角形的三边关系定理求出FM+EM>FE即可.
【解答】解:如图,在弧EF上取一点M使弧EM=弧CD,
则弧FM=弧AB,
∴AB=FM,CD=EM,
在△MEF中,FM+EM>EF,
∴AB+CD>EF.
故选:C.
【变式7-3】(2022天河区一模)如图,AB为半圆的直径,点C、D在半圆上.
(1)若BC=3AD,CD=2AD,求∠DAB和∠ABC的大小;
(2)若点C、D在半圆上运动,并保持弧CD的长度不变,(点C、D不与点A、B重合).试比较∠DAB和∠ABC的大小.
【分析】(1)根据弧和圆心角之间的关系可以得到圆周角的大小;
(2)利用相等的弧所对的圆周角相等可以判断圆周角的大小关系.
【解答】解:(1)∵BC=3AD,CD=2AD
∴∠BOC=3∠AOD,∠COD=2∠AOD
∵∠BOC+∠COD+∠AOD=180°
∴∠AOD=30°,∠BOC=90°,∠COD=60°
∴∠DAB=12∠BOD=12(∠BOC+∠COD)=75°
∠ABC=12∠AOC=12(∠AOD+∠COD)=45°
(2)①若AD<CB,则∠DAB>∠ABC;
②若AD=CB,则∠DAB=∠ABC;
③若AD>CB,则∠DAB<∠ABC
【题型8 圆心角、弧、弦中的证明问题】
【例8】(2022秋•自贡期末)如图,AB为⊙O的直径,