2026年自主学习能力测评九年级数学上册人教版第149页答案
16. 老舍先生作品《骆驼祥子》的主人公是个以拉车为生的贫苦车夫.人力车涉及了很多复杂的机械设计.如图13是一辆人力车,其侧面示意图如图14所示,AB为车轮$\odot O$的直径,过圆心O的车架AC一端点C着地时,地面CD与车轮$\odot O$相切于点D,连接AD,BD.
(1)小明猜想$∠ BDC=∠ A$,小明的猜想正确吗?请说明理由.
(2)若车架端点C到车轮与地面的接触点D之间的距离2.5 m,BC的长为1.5 m,求车轮的半径.

答案

16. (1)小明的猜想是正确的. 连接OD(图略),
∵CD与$\odot O$相切于点D,
∴$OD ⊥ CD$.
∴$∠ODC = 90°$.
∴$∠ODB + ∠BDC=90°$.
∵AB为$\odot O$的直径,
∴$∠ADB=90°$.
∴$∠A+∠OBD=90°$.
∵$OB=OD$,
∴$∠ODB=∠OBD$,
∴$∠A=∠BDC$
(2)由题意,得$CD=2.5 \ \mathrm{m}$,$BC=1.5 \ \mathrm{m}$,设车轮的半径为r,则$OC=r+1.5$. 在$\mathrm{Rt}△ODC$中,$OD^2+CD^2=OC^2$,
∴$r^2+2.5^2=(r+1.5)^2$,解得$r=\frac{4}{3}$. 因此,车轮的半径为$\frac{4}{3} \ \mathrm{m}$

解析

【分析】
(1)要判断∠BDC与∠A是否相等,先连接OD,利用切线的性质得到OD⊥CD,再结合直径所对的圆周角为直角,得到两组互余的角,最后借助等腰三角形等边对等角的性质,通过等角的余角相等即可证明两角相等。
(2)求车轮半径时,可设半径为r,将Rt△ODC的三边均用含r的代数式表示,再利用勾股定理列方程求解即可。
【解析】
(1)小明的猜想正确,理由如下:
连接OD,
∵CD与$\odot O$相切于点D,
∴$OD ⊥ CD$,即$∠ ODC = 90°$,
∴$∠ ODB + ∠ BDC = 90°$。
∵AB为$\odot O$的直径,
∴$∠ ADB = 90°$,
∴$∠ A + ∠ OBD = 90°$。
又
∵$OB=OD$,
∴$∠ ODB = ∠ OBD$,
∴$∠ BDC = ∠ A$,故小明的猜想正确。
(2)设车轮的半径为$r\ \mathrm{m}$,则$OD=r\ \mathrm{m}$,$OC=OB+BC=(r+1.5)\ \mathrm{m}$,
由题意知$CD=2.5\ \mathrm{m}$,在$\mathrm{Rt}△ ODC$中,根据勾股定理得:
$OD^2 + CD^2 = OC^2$,
代入得$r^2 + 2.5^2 = (r+1.5)^2$,
展开计算:$r^2 + 6.25 = r^2 + 3r + 2.25$,
化简得$3r = 4$,解得$r=\frac{4}{3}$。
【答案】
(1)小明的猜想正确,理由见解析;
(2)车轮的半径为$\frac{4}{3}\ \mathrm{m}$
【知识点】
切线的性质;圆周角定理;勾股定理的应用
【点评】
本题结合生活场景考查圆的相关性质与勾股定理的应用,解题的关键是合理添加辅助线构造直角三角形,灵活运用方程思想求解未知边长,属于基础类综合题,能够考查学生对圆基础性质的掌握情况和实际应用能力。
【难度系数】
0.7
17. 如图15,在$\mathrm{Rt}△ ABC$中,$∠ ACB=90°$,$AD$平分$∠ CAB$,交$BC$于点$D$,以$BD$为直径的$\odot O$交$AB$于点$E$,延长$AD$交$\odot O$于点$F$,连接$CF$,$CF// AB$.
(1)求证:$CF$是$\odot O$的切线;
(2)如图16,连接$EF$,若$EF=EA$,$BD=6$,求$CF$的长.

答案

(1)连接OF(图略).
∵AD平分$∠CAB$,
∴$∠CAF = ∠FAE$.
∵$CF // AB$,
∴$∠CFA = ∠FAE$.
∴$∠CAF = ∠CFA$.
∵$OD = OF$,
∴$∠OFD=∠ODF$.
∵$∠ODF=∠ADC$,
∴$∠OFD=∠ADC$.
∵$∠ACB=90°$,
∴$∠CAD+∠ADC=90°$,
∴$∠CFA+∠OFD=90°$,即$∠OFC=90°$.
∴$CF⊥OF$. 又OF是$\odot O$的半径,
∴CF是$\odot O$的切线
(2)
∵$\overset{\frown}{DE}=\overset{\frown}{DE}$,
∴$∠B=∠EFD$.
∵$EF=EA$,
∴$∠EAF=∠EFD$.
∴$∠EAF=∠B$.
∴$AD=DB=6$.
∵$∠CAF=∠FAE$,
∴$∠BAC=2∠B$.
∵$∠ACB=90°$,
∴$∠B+∠BAC=90°$.
∴$∠B+2∠B=90°$.
∴$∠B=30°$.
∴$∠CAF=∠FAE=∠CFA=30°$.
∴$CF=CA$. 在$\mathrm{Rt}△ACD$中,$∠CAF=30°$,
∴$CD=\frac{1}{2} AD=3$,$CA=\sqrt{AD^2-CD^2}=\sqrt{6^2-3^2}=3\sqrt{3}$.
∴$CF=CA=3\sqrt{3}$

解析

【分析】
(1) 要证明CF是⊙O的切线,根据切线的判定定理,需先连接半径OF,再证明OF与CF垂直。首先利用角平分线性质和平行线的内错角相等,推导得到∠CAF=∠CFA;再结合等腰三角形的底角相等、对顶角相等的性质,将角转化到Rt△ACD的两个锐角上,通过等量代换得到∠OFC=90°,即可完成证明。
(2) 求CF的长度时,首先利用同弧所对的圆周角相等,结合EF=EA的等腰三角形等角对等边的性质,推导得到∠B=∠EAF,再结合角平分线性质和Rt△ABC的两锐角互余,计算出∠B=30°;最后结合第一问得到的CF=CA,在Rt△ACD中利用含30°角的直角三角形性质和勾股定理计算出CA的长度,即为CF的长。
【解析】
(1) 连接OF:
∵AD平分∠CAB,
∴∠CAF = ∠FAE,
∵CF//AB,
∴∠CFA = ∠FAE,
∴∠CAF = ∠CFA,
∵OD = OF(⊙O的半径相等),
∴∠OFD=∠ODF,
∵∠ODF=∠ADC(对顶角相等),
∴∠OFD=∠ADC,
∵∠ACB=90°,
∴∠CAD+∠ADC=90°(直角三角形两锐角互余),
通过角的等量代换可得:
∠CFA+∠OFD=90°,即∠OFC=90°,
∴CF⊥OF,
又
∵OF是⊙O的半径,
∴CF是⊙O的切线。
(2)
∵$\overset{\frown}{DE}=\overset{\frown}{DE}$,
∴∠B=∠EFD(同弧所对的圆周角相等),
∵EF=EA,
∴∠EAF=∠EFA,
又
∵F、D、A三点共线,∠EFA与∠EFD为同一个角,
∴∠EAF=∠EFD,
∴∠EAF=∠B,
∴AD=DB=6(等角对等边),
∵∠CAF=∠FAE,
∴∠BAC=∠CAF+∠FAE=2∠FAE=2∠B,
∵∠ACB=90°,
∴∠B+∠BAC=90°,
代入∠BAC=2∠B得:∠B+2∠B=90°,
解得∠B=30°,
∴∠CAF=∠FAE=∠B=30°,
结合(1)中∠CAF=∠CFA,得∠CFA=30°,
∴CF=CA(等角对等边),
在Rt△ACD中,∠CAF=30°,AD=6,
∴$CD=\frac{1}{2} AD=3$(30°角所对的直角边是斜边的一半),
由勾股定理得:$CA=\sqrt{AD^2-CD^2}=\sqrt{6^2-3^2}=3\sqrt{3}$,
∴$CF=CA=3\sqrt{3}$。
【答案】
(1) CF是⊙O的切线,证明成立;
(2) $CF=3\sqrt{3}$
【知识点】
切线的判定定理;圆周角定理;直角三角形的性质
【点评】
本题是圆与三角形结合的综合题,覆盖了切线判定、圆周角性质、等腰三角形性质、直角三角形边角计算等多个考点,解题的关键是熟练掌握角的等量代换技巧,是圆类解答题的常考题型。
【难度系数】
0.6
18. 如图17,AB为$\odot O$的直径,PD切$\odot O$于点C,与BA的延长线交于点D,$DE ⊥ PO$交PO延长线于点E,连接OC,PB,已知$PB=6$,$DB=8$,$∠ EDB=∠ EPB$.
(1)求证:PB是$\odot O$的切线;
(2)求$\odot O$的半径;
(3)连接BE,求BE的长.

答案


(1)
∵$DE⊥PE$,
∴$∠DEO=90°$.
∴$∠EDB+∠DOE=90°$. 又$∠EDB=∠EPB$,$∠DOE=∠BOP$,
∴$∠EPB+∠BOP=90°$.
∴$∠OBP=90°$.
∴$OB⊥BP$. 又AB为$\odot O$的直径,
∴PB是$\odot O$的切线
(2)由(1)得,$∠OBP=90°$,在$\mathrm{Rt}△PBD$中,$PB=6$,$DB=8$,
∴$DP=\sqrt{PB^2+DB^2}=10$.
∵PD,PB分别切$\odot O$于点C,B,
∴$PC=PB=6$.
∴$CD=PD-PC=4$. 在$\mathrm{Rt}△COD$中,设$OC=r$,则$OD=8-r$,
∴$OC^2+CD^2=OD^2$.
∴$r^2+4^2=(8-r)^2$,解得$r=3$.
∴$\odot O$的半径为3
(3)如答图40,延长PB,DE相交于点F,
∵PD,PB分别切$\odot O$于点C,B,
∴OP平分$∠CPB$.
∴$∠DPE=∠FPE$.
∵$PE⊥DF$,
∴$∠PED=∠PEF=90°$. 又$PE=PE$,
∴$△PED≌△PEF$(ASA),
∴$PD=PF=10$,$DE=EF$.
∴$BF=PF-PB=4$. 在$\mathrm{Rt}△DBF$中,$DF=\sqrt{DB^2+BF^2}=2\sqrt{5}$.
∴$BE=\frac{1}{2}DF=2\sqrt{5}$

解析

【分析】
(1) 要证PB是$\odot O$的切线,需证明OB⊥PB,即$∠ OBP=90°$。结合已知$DE⊥ PE$可得$∠ EDB+∠ DOE=90°$,再利用$∠ EDB=∠ EPB$、对顶角$∠ DOE=∠ BOP$,可推出$∠ EPB+∠ BOP=90°$,即可得到$∠ OBP=90°$完成证明。
(2) 先在$\mathrm{Rt}△ PBD$中用勾股定理求出PD的长度,再根据切线长定理得$PC=PB$,进而求出CD的长度;设$\odot O$半径为r,在$\mathrm{Rt}△ COD$中用勾股定理列方程求解即可得到半径。
(3) 求BE长时,可延长PB、DE交于点F,先证$△ PED≌△ PEF$,得$PD=PF$、E为DF中点,求出BF后在$\mathrm{Rt}△ DBF$中用勾股定理求DF,最后利用直角三角形斜边中线等于斜边的一半,即可求出BE的长度。
【解析】
(1) 证明:
∵$DE⊥ PE$,
∴$∠ DEO=90°$,
∴$∠ EDB+∠ DOE=90°$.
又$∠ EDB=∠ EPB$,$∠ DOE=∠ BOP$(对顶角相等),
∴$∠ EPB+∠ BOP=90°$,
∴$∠ OBP=180°-(∠ EPB+∠ BOP)=90°$,即$OB⊥ BP$.
又AB为$\odot O$的直径,OB是$\odot O$的半径,
∴PB是$\odot O$的切线.
(2) 解:
由(1)得,$∠ OBP=90°$,在$\mathrm{Rt}△ PBD$中,$PB=6$,$DB=8$,
由勾股定理得$DP=\sqrt{PB^2+DB^2}=\sqrt{6^2+8^2}=10$.
∵PD、PB分别切$\odot O$于点C、B,根据切线长定理得$PC=PB=6$,
∴$CD=PD-PC=10-6=4$.
设$\odot O$的半径为$r$,则$OC=r$,$OD=DB-OB=8-r$,
∵PD切$\odot O$于点C,
∴$OC⊥ PD$,即$∠ OCD=90°$,
在$\mathrm{Rt}△ COD$中,由勾股定理得$OC^2+CD^2=OD^2$,
代入得$r^2+4^2=(8-r)^2$,
解得$r=3$,即$\odot O$的半径为3.
(3) 解:
如答图40,延长PB、DE相交于点F,
∵PD、PB分别切$\odot O$于点C、B,
∴OP平分$∠ CPB$,即$∠ DPE=∠ FPE$.
∵$PE⊥ DF$,
∴$∠ PED=∠ PEF=90°$.
又$PE=PE$,
∴$△ PED≌△ PEF$(ASA),
∴$PD=PF=10$,$DE=EF$,即E为DF中点.
∴$BF=PF-PB=10-6=4$.
在$\mathrm{Rt}△ DBF$中,$DF=\sqrt{DB^2+BF^2}=\sqrt{8^2+4^2}=4\sqrt{5}$,
∴$BE=\frac{1}{2}DF=\frac{1}{2}×4\sqrt{5}=2\sqrt{5}$.
【答案】
(1) PB是$\odot O$的切线,证明见上述解析;
(2) $\odot O$的半径为$\boldsymbol{3}$;
(3) $BE$的长为$\boldsymbol{2\sqrt{5}}$

【知识点】
切线的判定,切线长定理,勾股定理
【点评】
本题是圆的综合类题目,融合了切线相关性质、全等三角形判定、直角三角形性质等多个知识点,解题时需顺着已知条件逐步推导,第三问构造辅助线是解题的突破口,能较好地考查几何知识的综合运用能力。
【难度系数】
0.6