如图,在$△ ABC$中,$AC=4$,$BC=3$,$AB=5$,点$P$是$AB$边的中点,以$P$为圆心、$r$为半径作圆,若$\odot P$与$△ ABC$的边的公共点的个数分别有:(1)2个;(2)3个;(3)4个,分别求半径$r$的取值范围.

答案:(1) $0<r<\frac{3}{2}$;(2) $r=\frac{3}{2}$或$r=\frac{5}{2}$;(3) $\frac{3}{2}<r<2$.
解析:
【分析】
首先由勾股定理逆定理可判断△ABC是直角三角形,∠C=90°;再利用直角三角形斜边中线的性质得点P到三个顶点的距离,结合中位线性质求出点P到AC、BC的距离。接下来按半径r从小到大的顺序,结合直线与圆相离、相切、相交时d与r的大小关系,分情况讨论圆与三角形三边的公共点个数即可。
【解析】
解:
∵AC=4,BC=3,AB=5,
∴$AC^2+BC^2=3^2+4^2=25=AB^2$,
∴△ABC是直角三角形,∠C=90°。
∵点P是AB的中点,
∴$PA=PB=PC=\frac{1}{2}AB=\frac{5}{2}$。
过点P作PE⊥AC于点E,PF⊥BC于点F,
∵P是AB中点,$PE// BC$,$PF// AC$,
∴PE、PF都是△ABC的中位线,
∴$PE=\frac{1}{2}BC=\frac{3}{2}$,$PF=\frac{1}{2}AC=2$,即P到AC的距离为$\frac{3}{2}$,到BC的距离为2。
(1) 当$0<r<\frac{3}{2}$时:
P到AC、BC的距离均大于r,⊙P与AC、BC都相离,无公共点;
又圆心P在AB上,故⊙P与线段AB有2个公共点,总公共点个数为2。
(2) 当$r=\frac{3}{2}$时:
P到AC的距离等于r,⊙P与AC相切,有1个公共点;
P到BC的距离大于r,与BC相离,无公共点;
与AB有2个公共点,总公共点个数为3。
当$r=\frac{5}{2}$时:
$PA=PB=PC=r$,故⊙P过A、B、C三点,此时公共点仅为A、B、C三个,总公共点个数为3。
故$r=\frac{3}{2}$或$r=\frac{5}{2}$时,公共点个数为3。
(3) 当$\frac{3}{2}<r<2$时:
P到AC的距离小于r,⊙P与线段AC有2个公共点;
P到BC的距离大于r,与BC相离,无公共点;
与AB有2个公共点,总公共点个数为4。
【答案】
(1) $\boxed{0<r<\frac{3}{2}}$;(2) $\boxed{r=\frac{3}{2}}$或$\boxed{r=\frac{5}{2}}$;(3) $\boxed{\frac{3}{2}<r<2}$
【知识点】
直线与圆的位置关系,勾股定理逆定理,直角三角形的性质
【点评】
本题是直线与圆位置关系的综合应用,解题关键是先求出圆心到三角形各边的距离,再结合线段的限制条件分情况讨论,注意不要漏了$r=\frac{5}{2}$的特殊情况。
【难度系数】
0.6
1. 如图,$△ ABC$内接于$\odot O$,$AB$是直径,过点$A$作$\odot O$的切线$AD$.若$∠ B=35°$,则$∠ DAC$的度数是________度.

答案:1. 35.
解析:
【分析】
解题时先结合已知条件回忆相关性质:首先根据切线的性质,切线垂直于过切点的半径,可得AD⊥AB,进而得到∠DAC与∠BAC互余;再根据直径所对的圆周角是直角,可得△ABC是直角三角形,∠B与∠BAC互余;最后利用同角的余角相等,即可推出∠DAC的度数等于∠B的度数。
【解析】
解:
∵AD是⊙O的切线,AB为⊙O的直径,
∴AD⊥AB,即∠DAB=90°,
∴∠DAC + ∠BAC = 90°。
又
∵AB是⊙O的直径,
∴∠ACB=90°,
∴在Rt△ABC中,∠B + ∠BAC = 90°。
根据同角的余角相等,可得∠DAC = ∠B,
∵∠B=35°,
∴∠DAC=35°。
【答案】
35
【知识点】
切线的性质;圆周角定理推论;余角的性质
【点评】
本题属于圆的基础综合题,解题的关键是熟练掌握切线性质和圆周角定理的推论,通过互余关系推导角的等量关系,是圆章节的常见基础题型。
【难度系数】
0.8
2. 如图,AB是$\odot O$的直径,MN是$\odot O$的切线,切点为N,如果$∠ MNB=52°$,则$∠ NOA$的度数为________.
(第1题)

(第2题) (第3题) (第4题)
答案:2. $76°$.
解析:
【分析】
解题时首先根据切线的性质,得到过切点的半径与切线垂直,即ON⊥MN,结合已知∠MNB的度数可求出∠ONB的度数;再根据同圆的半径相等得到ON=OB,可知△ONB为等腰三角形,进而得到∠OBN=∠ONB;最后利用三角形外角的性质即可求出∠NOA的度数。
【解析】
解:
∵MN是⊙O的切线,N为切点,
∴ON⊥MN,即∠ONM=90°,
∴∠ONB = ∠ONM - ∠MNB = 90° - 52° = 38°,
∵ON、OB均为⊙O的半径,
∴ON=OB,
∴∠OBN=∠ONB=38°,
∵∠NOA是△NOB的外角,
∴∠NOA=∠ONB + ∠OBN = 38° + 38° = 76°。
【答案】
$76°$
【知识点】
切线的性质;等腰三角形的性质;三角形外角的性质
【点评】
本题是圆相关的基础计算题,核心考查切线性质的应用,只要熟练掌握切线与过切点半径垂直的性质,结合等腰三角形、三角形外角的性质即可顺利求解。
【难度系数】
0.7
3. 如图,AB是$\odot O$的直径,AC是$\odot O$的切线,连接OC交$\odot O$于点D,连接BD,$∠ C=40°$,则$∠ ABD=$
25
$°$。

答案:3. 25.
解析:
【分析】
解题时首先从切线的性质入手:切线垂直于过切点的半径,可得直角三角形OAC,先求出圆心角∠AOC的度数;再结合同圆半径相等得到等腰△OBD,最后利用三角形外角的性质即可求出∠ABD的度数。核心思路是先通过切线构造直角求圆心角,再利用等腰三角形和外角性质推导所求角。
【解析】
1. 已知AC是⊙O的切线,AB是⊙O的直径,根据切线的性质,切线垂直于过切点的半径,因此$AB⊥ AC$,即$∠ OAC=90°$。
2. 在$\mathrm{Rt}△ OAC$中,$∠ C=40°$,根据三角形内角和为$180°$,可得:
$∠ AOC=180°-∠ OAC-∠ C=180°-90°-40°=50°$。
3. 因为OB、OD都是⊙O的半径,所以$OB=OD$,$△ OBD$为等腰三角形,因此$∠ ABD=∠ ODB$。
4. $∠ AOC$是$△ OBD$的外角,根据三角形外角性质:三角形的一个外角等于与它不相邻的两个内角之和,可得$∠ AOC=∠ ABD+∠ ODB=2∠ ABD$。
5. 因此$∠ ABD=\frac{1}{2}∠ AOC=\frac{1}{2}×50°=25°$。
【答案】
25
【知识点】
切线的性质,等腰三角形的性质,三角形外角定理
【点评】
本题是圆与三角形结合的基础题型,解题的关键是熟练掌握切线性质、等腰三角形性质及外角定理的应用,通过圆心角作为中间量推导所求角的度数,解题逻辑清晰,难度较低。
【难度系数】
0.7
4. 如图,过点$M(3,0)$作半径为1的圆,过点$P(0,2)$作$\odot M$的切线,$Q$为切点,则$PQ$的长为$\underline{\hspace{5cm}}$.

答案:4. $2\sqrt{3}$.
解析:
【分析】
要求切线长PQ,首先结合切线的性质:圆的切线垂直于过切点的半径,我们可以通过连接MQ、PM构造直角三角形MQP。首先利用P、M两点的坐标求出PM的长度,再在直角三角形MQP中,已知斜边PM和直角边MQ(即圆的半径),即可用勾股定理求出PQ的长度。
【解析】
解:连接PM、MQ,
∵PQ是⊙M的切线,Q为切点,
∴MQ⊥PQ,即∠MQP=90°,△MQP为直角三角形。
已知点P坐标为(0,2),点M坐标为(3,0),⊙M的半径MQ=1,
先计算PM的长度:
$PM=\sqrt{(3-0)^2+(0-2)^2}=\sqrt{9+4}=\sqrt{13}$,
在Rt△MQP中,根据勾股定理可得:
$PQ^2+MQ^2=PM^2$,
代入数值计算得:
$PQ=\sqrt{PM^2-MQ^2}=\sqrt{(\sqrt{13})^2-1^2}=\sqrt{13-1}=\sqrt{12}=2\sqrt{3}$。
【答案】
$2\sqrt{3}$
【知识点】
切线的性质;勾股定理;两点间距离计算
【点评】
本题是圆切线性质的基础应用题型,作辅助线构造直角三角形是解题的关键,整体解题思路清晰,属于圆章节的常规考查题型。
【难度系数】
0.7
问题 已知直线$ l $切$\odot O$于点$ C $,$ AD $为$\odot O$的任一条直径,点$ B $在直线$ l $上,且$∠ BAC = ∠ CAD$($ AB $与$ AD $不在同一条直线上),画出图形,试判断四边形$ ABCO $是怎样的特殊四边形,并证明你所得出的结论。
名师指导
本题可根据题意先画出$\odot O$与它的切线$ l $,再画直径$ AD $,最后根据$∠ BAC = ∠ ACO$来确定点$ B $的位置。在探索四边形$ ABCO $的形状时,可转动直径$ AD $,画出几个不同图形进行观察和猜想。
解题示范 (学生在教师指导下,独立完成)
解:

答案:解:
符合条件的四边形ABCO为直角梯形或正方形,证明如下:
连接OC,
∵ 直线$l$切$\odot O$于点$C$,
∴ $OC⊥ l$,即$∠ OCB = 90°$。
∵ $OA$、$OC$都是$\odot O$的半径,
∴ $OA = OC$,
∴ $∠ CAD = ∠ ACO$。
又∵ $∠ BAC = ∠ CAD$,
∴ $∠ BAC = ∠ ACO$,
∴ $AB // OC$。
① 当直径$AD$不与直线$l$平行时:
由$AB$与$AD$不在同一直线上,$AB// OC$,且$AO$与$BC$不平行,结合$∠ OCB = 90°$,可得四边形$ABCO$是直角梯形。
② 当直径$AD //$直线$l$时:
∵ $AB// OC$,$AO// BC$,
∴ 四边形$ABCO$是平行四边形,
又∵ $∠ OCB = 90°$,$OC = OA$,
∴ 平行四边形$ABCO$是正方形。
解析:
【分析】
解题时首先遵循切线类问题的常用辅助线思路,连接过切点C的半径OC,可直接得到OC与切线l垂直的直角关系;再利用同圆半径相等得到等腰△OAC,推出两底角相等,结合题目给出的∠BAC=∠CAD,可得到内错角相等进而判定AB与OC平行;最后由于AD是任意直径,需分AD与切线l平行、不平行两种情况讨论,结合不同特殊四边形的判定条件即可判断四边形ABCO的形状。
【解析】
证明:连接OC,
∵ 直线$l$切$\odot O$于点$C$,
∴ $OC⊥ l$,即$∠ OCB = 90°$。
∵ $OA$、$OC$都是$\odot O$的半径,
∴ $OA = OC$,
∴ $∠ CAD = ∠ ACO$。
又
∵ $∠ BAC = ∠ CAD$,
∴ $∠ BAC = ∠ ACO$,
∴ $AB // OC$。
① 当直径$AD$不与直线$l$平行时:
由$AB$与$AD$不在同一直线上,$AB// OC$,且$AO$与$BC$不平行,结合$∠ OCB = 90°$,可得四边形$ABCO$是直角梯形。
② 当直径$AD //$直线$l$时:
∵ $AB// OC$,$AO// BC$,
∴ 四边形$ABCO$是平行四边形,
又
∵ $∠ OCB = 90°$,$OC = OA$,
∴ 平行四边形$ABCO$是正方形。
【答案】
四边形$ABCO$是直角梯形或正方形
【知识点】
切线的性质,平行线的判定,特殊四边形的判定
【点评】
本题考查圆的性质与四边形判定的综合应用,解题关键是掌握切线问题的辅助线作法,同时要注意根据直径的位置分类讨论,避免遗漏情况。
【难度系数】
0.6