25 新考法 证明几何结论 某学习小组在探索“各内角都相等的圆内接多边形是否为正多边形”时,进行如下讨论:
甲同学:这种多边形不一定是正多边形,如圆内接矩形;
乙同学:我发现边数是6时,它也不一定是正多边形.如图(1),△ABC是正三角形,$\overset{\frown}{AD}=\overset{\frown}{BE}=\overset{\frown}{CF}$,可以证明六边形ADBECF的各内角相等,但它未必是正六边形;
丙同学:我能证明,边数是5时,它是正多边形.我想边数是7时,它可能也是正多边形.
(1)请你说明乙同学构造的六边形各内角相等;
(2)请你证明各内角都相等的圆内接七边形ABCDEFG(如图(2))是正七边形.(不必写已知、求证)

甲同学:这种多边形不一定是正多边形,如圆内接矩形;
乙同学:我发现边数是6时,它也不一定是正多边形.如图(1),△ABC是正三角形,$\overset{\frown}{AD}=\overset{\frown}{BE}=\overset{\frown}{CF}$,可以证明六边形ADBECF的各内角相等,但它未必是正六边形;
丙同学:我能证明,边数是5时,它是正多边形.我想边数是7时,它可能也是正多边形.
(1)请你说明乙同学构造的六边形各内角相等;
(2)请你证明各内角都相等的圆内接七边形ABCDEFG(如图(2))是正七边形.(不必写已知、求证)
答案
25. (1)$\because △ ABC$是正三角形,
$\therefore ∠ ABC=∠ ACB=∠ BAC=60°$,
$\therefore ∠ AFC=180°-∠ ABC=120°$。
$\because \overset{\frown}{AD}=\overset{\frown}{BE}=\overset{\frown}{CF}$,
$\therefore ∠ ABD=∠ BCE=∠ CAF$。
$\because ∠ ACF+∠ CAF=180°-∠ AFC=60°$,
$\therefore ∠ ACF+∠ BCE=60°$,
$\therefore ∠ ECF=120°$,即$∠ ECF=∠ AFC$,
同理可证$∠ DAF=∠ D=∠ DBE=∠ E=120°$,
$\therefore$ 乙同学构造的六边形各内角相等。
(2)$\because ∠ A$对$\overset{\frown}{BEG}$,$∠ B$对$\overset{\frown}{CEA}$,$∠ A=∠ B$,
$\therefore \overset{\frown}{BEG}=\overset{\frown}{CEA}$,$\therefore \overset{\frown}{BC}=\overset{\frown}{AG}$。
同理$\overset{\frown}{AB}=\overset{\frown}{CD}=\overset{\frown}{EF}=\overset{\frown}{AG}=\overset{\frown}{BC}=\overset{\frown}{DE}=\overset{\frown}{FG}$,即$AB=CD=EF=AG=BC=DE=FG$,
$\therefore$ 七边形$ABCDEFG$是正七边形。
$\therefore ∠ ABC=∠ ACB=∠ BAC=60°$,
$\therefore ∠ AFC=180°-∠ ABC=120°$。
$\because \overset{\frown}{AD}=\overset{\frown}{BE}=\overset{\frown}{CF}$,
$\therefore ∠ ABD=∠ BCE=∠ CAF$。
$\because ∠ ACF+∠ CAF=180°-∠ AFC=60°$,
$\therefore ∠ ACF+∠ BCE=60°$,
$\therefore ∠ ECF=120°$,即$∠ ECF=∠ AFC$,
同理可证$∠ DAF=∠ D=∠ DBE=∠ E=120°$,
$\therefore$ 乙同学构造的六边形各内角相等。
(2)$\because ∠ A$对$\overset{\frown}{BEG}$,$∠ B$对$\overset{\frown}{CEA}$,$∠ A=∠ B$,
$\therefore \overset{\frown}{BEG}=\overset{\frown}{CEA}$,$\therefore \overset{\frown}{BC}=\overset{\frown}{AG}$。
同理$\overset{\frown}{AB}=\overset{\frown}{CD}=\overset{\frown}{EF}=\overset{\frown}{AG}=\overset{\frown}{BC}=\overset{\frown}{DE}=\overset{\frown}{FG}$,即$AB=CD=EF=AG=BC=DE=FG$,
$\therefore$ 七边形$ABCDEFG$是正七边形。
26 分类讨论思想,如图,在矩形ABCD中,AB=4,BC=6,E为CD边上的一个动点(不与点C,D重合),⊙O是△BCE的外接圆.
(1)若CE=2,⊙O交AD于点F,G,求FG的长度;
(2)若CE的长度为m,⊙O与AD的位置关系随着m的值变化而变化,试探索⊙O与AD的位置关系及对应的m的取值范围.


备用图1 备用图2
(1)若CE=2,⊙O交AD于点F,G,求FG的长度;
(2)若CE的长度为m,⊙O与AD的位置关系随着m的值变化而变化,试探索⊙O与AD的位置关系及对应的m的取值范围.
备用图1 备用图2
答案
26. (1)如图(1),过点$O$作$OM⊥FG$于点$M$,延长$MO$交$BC$于点$N$,连接$OG$,$OF$。
$\because$ 四边形$ABCD$是矩形,
$\therefore ∠ C=∠ D=90°$,
$\therefore BE$是$\odot O$的直径。
$\because ∠ C=∠ D=∠ DMN=90°$,
$\therefore$ 四边形$MNCD$是矩形,
$\therefore MN⊥BC$,$MN=CD=AB=4$,$\therefore BN=CN$。
$\because OB=OE$,$\therefore ON$是$△ BCE$的中位线,
$\therefore ON=\dfrac{1}{2}CE=1$,$\therefore OM=4-1=3$。
在$\mathrm{Rt}△ BCE$中,$BE=\sqrt{BC^2+CE^2}=2\sqrt{10}$,
$\therefore OG=\dfrac{1}{2}BE=\sqrt{10}$。
在$\mathrm{Rt}△ OMG$中,$MG=\sqrt{OG^2-OM^2}=1$。
$\because OF=OG$,$OM⊥FG$,
$\therefore FG=2MG=2$。
(2)如图(2),当$\odot O$与$AD$相切于点$M$时,连接$OM$并反向延长交$BC$于点$N$。
由(1)易得$ON=\dfrac{1}{2}CE=\dfrac{1}{2}m$,$OB=OM=4-\dfrac{1}{2}m$,$BN=3$。
在$\mathrm{Rt}△ BON$中,$ON^2+BN^2=OB^2$,即$(\dfrac{1}{2}m)^2+3^2=(4-\dfrac{1}{2}m)^2$,解得$m=\dfrac{7}{4}$,
$\therefore$ 当$0<m<\dfrac{7}{4}$时,$\odot O$与$AD$相离,
当$m=\dfrac{7}{4}$时,$\odot O$与$AD$相切,
当$\dfrac{7}{4}<m<4$时,$\odot O$与$AD$相交。
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