2026年基础训练大象出版社九年级数学上册人教版第148页答案
11. (★★)已知四边形ABCD内接于⊙O,对角线BD是⊙O的直径.
(1)如图①,连接OA,CA,若OA⊥BD,求证:CA平分∠BCD;
(2)如图②,E为⊙O内一点,满足AE⊥BC,CE⊥AB,若BD=3√3,AE=3,求弦BC的长.

答案

(1) 证明:
∵ OA⊥BD,OA是⊙O的半径,
∴ 弧AB = 弧AD(垂径定理),
∴ ∠ACB = ∠ACD,
即CA平分∠BCD。
---
(2) 解:
作⊙O的直径BF,连接CF,AF。
∵ BF是⊙O的直径,
∴ ∠BCF = 90°,∠BAF = 90°。
∵ AE⊥BC,
∴ AE//CF。
∵ CE⊥AB,
∴ CE//AF。
∴ 四边形AECF是平行四边形,
∴ AE = CF。
∵ BD = BF = 3√3,AE = 3,
∴ CF = 3。
在Rt△BCF中,
$\cos∠ BFC = \frac{CF}{BF} = \frac{3}{3\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{3}}{3}$
∵ ∠BAC和∠BFC都是弧BC所对的圆周角,
∴ ∠BAC = ∠BFC,
∴ $\cos∠ BAC = \frac{\sqrt{3}}{3}$,
$\sin∠ BAC = \sqrt{1-\cos^2∠ BAC} = \sqrt{1-\frac{1}{3}} = \frac{\sqrt{6}}{3}$
∵ BD是⊙O的直径,
∴ ∠BCD = 90°,
又∵ ∠BDC和∠BAC都是弧BC所对的圆周角,
∴ ∠BDC = ∠BAC。
在Rt△BCD中,
$BC = BD·\sin∠ BDC = 3\sqrt{3} × \frac{\sqrt{6}}{3} = 3\sqrt{2}$
答:弦BC的长为$3\sqrt{2}$。

解析

【分析】
(1) 要证明CA平分∠BCD,即需证∠ACB=∠ACD。根据圆周角定理,等弧所对的圆周角相等,因此只需证明弧AB=弧AD即可。结合已知OA⊥BD,利用垂径定理可直接得到弧AB=弧AD,进而推导得证。
(2) 要求弦BC的长,已知直径BD的长度,可考虑在Rt△BCD中利用三角函数求解。首先需将已知的AE长度转化为圆内相关线段长度:作直径BF,连接CF、AF,利用直径所对圆周角为直角,可证AE//CF、CE//AF,得四边形AECF是平行四边形,因此CF=AE=3;再利用同弧所对圆周角相等,将∠BDC转化为与Rt△BCF相关的角,求出对应三角函数值,最后在Rt△BCD中计算BC的长度即可。
【解析】
(1) 证明:
∵ OA⊥BD,OA是⊙O的半径,
∴ 弧AB = 弧AD(垂径定理),
∴ ∠ACB = ∠ACD(等弧所对的圆周角相等),
即CA平分∠BCD。
(2) 解:
作⊙O的直径BF,连接CF,AF。
∵ BF是⊙O的直径,
∴ ∠BCF = 90°,∠BAF = 90°(直径所对的圆周角是直角)。
∵ AE⊥BC,
∴ AE//CF(垂直于同一直线的两条直线互相平行)。
∵ CE⊥AB,
∴ CE//AF(垂直于同一直线的两条直线互相平行)。
∴ 四边形AECF是平行四边形(两组对边分别平行的四边形是平行四边形),
∴ AE = CF。
∵ BD、BF都是⊙O的直径,BD = 3√3,AE = 3,
∴ BF = BD = 3√3,CF = AE = 3。
在Rt△BCF中,
$\cos∠ BFC = \frac{CF}{BF} = \frac{3}{3\sqrt{3}} = \frac{\sqrt{3}}{3}$
∵ ∠BAC和∠BFC都是弧BC所对的圆周角,
∴ ∠BAC = ∠BFC,
∴ $\cos∠ BAC = \frac{\sqrt{3}}{3}$,
$\sin∠ BAC = \sqrt{1-\cos^2∠ BAC} = \sqrt{1-\frac{1}{3}} = \frac{\sqrt{6}}{3}$
∵ BD是⊙O的直径,
∴ ∠BCD = 90°(直径所对的圆周角是直角),
又
∵ ∠BDC和∠BAC都是弧BC所对的圆周角,
∴ ∠BDC = ∠BAC。
在Rt△BCD中,
$BC = BD·\sin∠ BDC = 3\sqrt{3} × \frac{\sqrt{6}}{3} = 3\sqrt{2}$
【答案】
(1) CA平分∠BCD,证明成立;
(2) 弦BC的长为$3\sqrt{2}$。
【知识点】
垂径定理;圆周角定理;平行四边形的判定与性质
【点评】
本题属于圆的综合应用类题目,第一问侧重基础性质的直接应用,第二问需要合理构造辅助线,通过平行四边形完成线段转化,再结合圆周角性质和三角函数求解,能有效考查学生的辅助线构造能力和知识综合运用能力。
【难度系数】
0.6
12. (★★)如图, $\odot O$ 是$△ ABC$的外接圆, $D$是直径$AB$上的一点, $∠ ACD$的平分线交$AB$于点$E$,交$\odot O$于另一点$F$, $FA=FE$.
(1)求证: $CD ⊥ AB$;
(2)设$FM ⊥ AB$,垂足为$M$,若$OM=OE=1$,求$AC$的长.

答案

(1) 证明:
∵ AB是⊙O的直径,
∴ ∠AFB=90°,
∴ ∠FAB + ∠ABF=90°。
∵ FA=FE,
∴ ∠FAB=∠FEA。
∵ ∠FEA与∠CEB是对顶角,
∴ ∠FEA=∠CEB。
∵ ∠ACF和∠ABF都是弧AF所对的圆周角,
∴ ∠ACF=∠ABF。
∵ CF平分∠ACD,
∴ ∠DCE=∠ACF,
∴ ∠DCE=∠ABF。
代入得:∠CEB + ∠DCE = ∠FAB + ∠ABF = 90°,
∴ 在△CDE中,∠CDE=180°-(∠CEB + ∠DCE)=90°,
即CD⊥AB。
---
(2) 解:
连接OF,
∵ FM⊥AB,∴ ∠OMF=90°。
设⊙O的半径为r,则OF=r。
已知OM=OE=1,
∴ ME=OM + OE=2,AM=OA - OM=r-1。
在Rt△FMO中,FM²=OF² - OM²=r² - 1。
在Rt△FMA中,FA²=AM² + FM²=(r-1)² + r² - 1。
在Rt△FME中,FE²=ME² + FM²=2² + r² - 1=r² + 3。
∵ FA=FE,
∴ FA²=FE²,即:
$(r-1)^2 + r^2 - 1 = r^2 + 3$
整理得$r^2 - 2r - 3=0$,
解得$r=3$(舍去负根$r=-1$)。
∴ AB=2r=6。
∵ ∠AOF是弧AF对应的圆心角,∠ACF是弧AF对应的圆周角,
∴ ∠ACF=$\frac{1}{2}$∠AOF,
结合CF平分∠ACD,得∠ACD=2∠ACF=∠AOF。
∵ CD⊥AB,
∴ ∠ACD + ∠CAB=90°,即∠CAB=90°-∠AOF,
∴ $\cos∠CAB=\sin∠AOF$。
在Rt△FMO中,FM=$\sqrt{OF^2 - OM^2}=\sqrt{9-1}=2\sqrt{2}$,
∴ $\sin∠AOF=\frac{FM}{OF}=\frac{2\sqrt{2}}{3}$。
∵ AB是⊙O的直径,∴ ∠ACB=90°,
在Rt△ACB中,$\cos∠CAB=\frac{AC}{AB}$,
∴ $AC=AB·\cos∠CAB=AB·\sin∠AOF=6×\frac{2\sqrt{2}}{3}=4\sqrt{2}$。
答:AC的长为$4\sqrt{2}$。

解析

【分析】
(1) 欲证CD⊥AB,只需证∠CDE=90°,即证∠CEB+∠DCE=90°。首先由直径所对圆周角为直角得∠FAB+∠ABF=90°,再结合等腰三角形等边对等角、对顶角相等可得∠CEB=∠FAB;再利用同弧所对圆周角相等、角平分线性质可得∠DCE=∠ABF,代入即可得∠CEB+∠DCE=90°,完成证明。
(2) 求AC的长可分三步:第一步连接OF,设⊙O半径为r,利用FM⊥AB,分别用勾股定理表示FA²和FE²,结合FA=FE列方程求出半径r;第二步利用圆心角与圆周角的关系、角平分线性质推导角的关系,得到∠CAB的余弦值;第三步由直径所对圆周角为直角得∠ACB=90°,在Rt△ACB中利用三角函数关系即可求出AC。
【解析】
(1) 证明:
∵ AB是⊙O的直径,
∴ ∠AFB=90°,
∴ ∠FAB + ∠ABF=90°。
∵ FA=FE,
∴ ∠FAB=∠FEA。
∵ ∠FEA与∠CEB是对顶角,
∴ ∠FEA=∠CEB,即∠CEB=∠FAB。
∵ ∠ACF和∠ABF都是弧AF所对的圆周角,
∴ ∠ACF=∠ABF。
∵ CF平分∠ACD,
∴ ∠DCE=∠ACF,
∴ ∠DCE=∠ABF。
代入得:∠CEB + ∠DCE = ∠FAB + ∠ABF = 90°,
∴ 在△CDE中,∠CDE=180°-(∠CEB + ∠DCE)=90°,
即CD⊥AB。
(2) 解:
连接OF,
∵ FM⊥AB,
∴ ∠OMF=90°。
设⊙O的半径为r,则OF=r。
已知OM=OE=1,
∴ ME=OM + OE=2,AM=OA - OM=r-1。
在Rt△FMO中,由勾股定理得:FM²=OF² - OM²=r² - 1。
在Rt△FMA中,由勾股定理得:FA²=AM² + FM²=(r-1)² + r² - 1。
在Rt△FME中,由勾股定理得:FE²=ME² + FM²=2² + r² - 1=r² + 3。
∵ FA=FE,
∴ FA²=FE²,即:
$(r-1)^2 + r^2 - 1 = r^2 + 3$
整理得$r^2 - 2r - 3=0$,
解得$r=3$(半径为正,舍去负根$r=-1$)。
∴ AB=2r=6。
∵ ∠AOF是弧AF对应的圆心角,∠ACF是弧AF对应的圆周角,
∴ ∠ACF=$\frac{1}{2}$∠AOF,
结合CF平分∠ACD,得∠ACD=2∠ACF=∠AOF。
∵ CD⊥AB,
∴ ∠ACD + ∠CAB=90°,
又
∵ 在Rt△OMF中,∠AOF + ∠OFM=90°,
∴ ∠CAB=∠OFM,
∴ $\cos∠CAB=\cos∠OFM=\frac{FM}{OF}$。
在Rt△FMO中,FM=$\sqrt{OF^2 - OM^2}=\sqrt{9-1}=2\sqrt{2}$,
∴ $\cos∠CAB=\frac{2\sqrt{2}}{3}$。
∵ AB是⊙O的直径,
∴ ∠ACB=90°,
在Rt△ACB中,$\cos∠CAB=\frac{AC}{AB}$,
∴ $AC=AB·\cos∠CAB=6×\frac{2\sqrt{2}}{3}=4\sqrt{2}$。
【答案】
(1) 证明见解析;(2) $4\sqrt{2}$
【知识点】
圆周角定理;等腰三角形性质;勾股定理
【点评】
本题属于圆的综合题,第一问侧重角的等量代换,需要熟练运用圆的性质、角平分线、等腰三角形等知识推导角的关系;第二问考查了方程思想和三角函数的应用,解题关键是通过勾股定理建立方程求出半径,再结合角的关系推导三角函数值,对综合运用知识的能力有一定要求。
【难度系数】
0.6
13. (★★)如图,在$\odot O$中,弦$AB=16$,点C在$\odot O$上(C与A,B不重合),连接CA,CB,过点O分别作$OD ⊥ AC,OE ⊥ BC$,垂足分别为D,E.
(1)求线段DE的长;
(2)点O到AB的距离为6,求$\odot O$的半径长.

答案

解:
(1) ∵ OD⊥AC,OD是⊙O的半径,
由垂径定理得:D是AC的中点,
同理可得:E是BC的中点,
∴ DE是△ABC的中位线,
∴ DE = $\frac{1}{2}$AB,
∵ AB=16,
∴ DE = $\frac{1}{2} × 16 = 8$。
(2) 过点O作OH⊥AB于点H,
由题意得OH=6,
∵ OH⊥AB,OH是⊙O的半径,
由垂径定理得:AH = $\frac{1}{2}$AB = $\frac{1}{2} × 16 = 8$,
在Rt△AOH中,由勾股定理得:
$OA = \sqrt{AH^2 + OH^2} = \sqrt{8^2 + 6^2} = 10$,
即⊙O的半径长为10。
答:(1) 线段DE的长为8;(2) ⊙O的半径长为10。

解析

【分析】
(1) 求解线段DE的长,首先观察已知条件:OD⊥AC,OE⊥BC,结合垂径定理“垂直于弦的直径平分弦”,可推出D是AC的中点,E是BC的中点,因此DE是△ABC的中位线,根据三角形中位线平行于第三边且等于第三边的一半,代入AB的长度即可算出DE。
(2) 求解⊙O的半径,过点O作OH⊥AB于点H,已知OH=6,再根据垂径定理可得AH为AB的一半,得到AH的长度后,在Rt△AOH中利用勾股定理即可求出半径OA的长度。
【解析】
(1)
∵ OD⊥AC,且OD过圆心O,
由垂径定理得:D是AC的中点,
同理可得:E是BC的中点,
∴ DE是△ABC的中位线,
∴ DE = $\frac{1}{2}$AB,
∵ AB=16,
∴ DE = $\frac{1}{2} × 16 = 8$。
(2) 过点O作OH⊥AB于点H,
由题意得OH=6,
∵ OH⊥AB,且OH过圆心O,
由垂径定理得:AH = $\frac{1}{2}$AB = $\frac{1}{2} × 16 = 8$,
在Rt△AOH中,由勾股定理得:
$OA = \sqrt{AH^2 + OH^2} = \sqrt{8^2 + 6^2} = 10$,
即⊙O的半径长为10。
【答案】
(1) 线段DE的长为8;(2) ⊙O的半径长为10。
【知识点】
垂径定理;三角形中位线定理;勾股定理
【点评】
本题属于圆的基础综合题,核心考查垂径定理的应用,同时结合了三角形中位线性质和勾股定理进行计算,解题时只要找准定理适用的条件,逐步推导即可得出结果。
【难度系数】
0.8