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24. (8 分)新素养几何直观如图所示为由小正方形组成的$7×9$的网格,每个小正方形的顶点叫做格点,A,B,C 三个格点都在圆上. 仅用无刻度的直尺在给定的网格中完成画图,画图过程用虚线表示.
(1) 画出该圆的圆心 O,并画出劣弧 AB 的中点 D;
(2) 画出格点 E,使 EA 为$\odot O$的一条切线,并画出过点 E 的另一条切线 EF,切点为 F.

(1) 画出该圆的圆心 O,并画出劣弧 AB 的中点 D;
(2) 画出格点 E,使 EA 为$\odot O$的一条切线,并画出过点 E 的另一条切线 EF,切点为 F.
答案:
25. (8 分)新素养模型观念【特例感知】
(1) 如图①,AB 是$\odot O$的直径,$∠BAC是\odot O$的圆周角,AD 平分$∠BAC交\odot O$于点 D,连接 CD,BD. 若$BD= 3,∠BAD= 30^{\circ }$,则$∠BDC$的度数为
【类比迁移】
(2) 如图②,$∠BAC是\odot O$的圆周角,AD 平分$∠BAC交\odot O$于点 D,过点 D 作$DM⊥AB$,垂足为 M,探索线段 AB、AC 和 AM 之间的数量关系,并说明理由;
【问题解决】
(3) 如图③,四边形 ABCD 为$\odot O$的内接四边形,$∠BAD= 90^{\circ }$,AC 平分$∠BAD,AB= 5,AD+AC= 15$,求线段 AC 的长.
(1) 如图①,AB 是$\odot O$的直径,$∠BAC是\odot O$的圆周角,AD 平分$∠BAC交\odot O$于点 D,连接 CD,BD. 若$BD= 3,∠BAD= 30^{\circ }$,则$∠BDC$的度数为
30
$^{\circ }$,点 D 到直线 AC 的距离为3
;【类比迁移】
(2) 如图②,$∠BAC是\odot O$的圆周角,AD 平分$∠BAC交\odot O$于点 D,过点 D 作$DM⊥AB$,垂足为 M,探索线段 AB、AC 和 AM 之间的数量关系,并说明理由;
解:$AB - AC = 2AM$。理由如下:过点 D 作$DN \perp AC$交 AC 延长线于 N,∵AD 平分$\angle BAC$,$DM \perp AB$,$DN \perp AC$,∴$DM = DN$,$AM = AN$。∵$\angle DCN = \angle B$,$\angle DNC = \angle DMB = 90^\circ$,∴$\triangle DCN \cong \triangle DBM(AAS)$,∴$CN = BM$。∵$BM = AB - AM$,$CN = AN - AC = AM - AC$,∴$AB - AM = AM - AC$,即$AB - AC = 2AM$。
【问题解决】
(3) 如图③,四边形 ABCD 为$\odot O$的内接四边形,$∠BAD= 90^{\circ }$,AC 平分$∠BAD,AB= 5,AD+AC= 15$,求线段 AC 的长.
解:过点 C 作$CM \perp AB$于 M,$CN \perp AD$于 N。∵AC 平分$\angle BAD = 90^\circ$,∴$CM = CN$,$\angle MAC = \angle NAC = 45^\circ$,∴$AM = CM$,$AN = CN$,设$AM = CM = AN = CN = x$,则$AC = \sqrt{2}x$。∵四边形 ABCD 内接于$\odot O$,∴$\angle DAB + \angle BCD = 180^\circ$,$\angle ADC + \angle ABC = 180^\circ$,∵$\angle DAB = 90^\circ$,∴$\angle BCD = 90^\circ$,$\angle CDN = \angle CBM$,∴$\triangle CDN \cong \triangle CBM(AAS)$,∴$DN = BM$。∵$AB = 5$,∴$BM = AB - AM = 5 - x$,$DN = BM = 5 - x$,$AD = AN + DN = x + 5 - x = 5$。∵$AD + AC = 15$,∴$5 + \sqrt{2}x = 15$,解得$x = 5\sqrt{2}$,∴$AC = \sqrt{2}x = 10$。
答案:
(1) 30;3
(2) 解:$AB - AC = 2AM$。理由如下:过点 D 作$DN \perp AC$交 AC 延长线于 N,
∵AD 平分$\angle BAC$,$DM \perp AB$,$DN \perp AC$,
∴$DM = DN$,$AM = AN$。
∵$\angle DCN = \angle B$,$\angle DNC = \angle DMB = 90^\circ$,
∴$\triangle DCN \cong \triangle DBM(AAS)$,
∴$CN = BM$。
∵$BM = AB - AM$,$CN = AN - AC = AM - AC$,
∴$AB - AM = AM - AC$,即$AB - AC = 2AM$。
(3) 解:过点 C 作$CM \perp AB$于 M,$CN \perp AD$于 N。
∵AC 平分$\angle BAD = 90^\circ$,
∴$CM = CN$,$\angle MAC = \angle NAC = 45^\circ$,
∴$AM = CM$,$AN = CN$,设$AM = CM = AN = CN = x$,则$AC = \sqrt{2}x$。
∵四边形 ABCD 内接于$\odot O$,
∴$\angle DAB + \angle BCD = 180^\circ$,$\angle ADC + \angle ABC = 180^\circ$,
∵$\angle DAB = 90^\circ$,
∴$\angle BCD = 90^\circ$,$\angle CDN = \angle CBM$,
∴$\triangle CDN \cong \triangle CBM(AAS)$,
∴$DN = BM$。
∵$AB = 5$,
∴$BM = AB - AM = 5 - x$,$DN = BM = 5 - x$,$AD = AN + DN = x + 5 - x = 5$。
∵$AD + AC = 15$,
∴$5 + \sqrt{2}x = 15$,解得$x = 5\sqrt{2}$,
∴$AC = \sqrt{2}x = 10$。
(1) 30;3
(2) 解:$AB - AC = 2AM$。理由如下:过点 D 作$DN \perp AC$交 AC 延长线于 N,
∵AD 平分$\angle BAC$,$DM \perp AB$,$DN \perp AC$,
∴$DM = DN$,$AM = AN$。
∵$\angle DCN = \angle B$,$\angle DNC = \angle DMB = 90^\circ$,
∴$\triangle DCN \cong \triangle DBM(AAS)$,
∴$CN = BM$。
∵$BM = AB - AM$,$CN = AN - AC = AM - AC$,
∴$AB - AM = AM - AC$,即$AB - AC = 2AM$。
(3) 解:过点 C 作$CM \perp AB$于 M,$CN \perp AD$于 N。
∵AC 平分$\angle BAD = 90^\circ$,
∴$CM = CN$,$\angle MAC = \angle NAC = 45^\circ$,
∴$AM = CM$,$AN = CN$,设$AM = CM = AN = CN = x$,则$AC = \sqrt{2}x$。
∵四边形 ABCD 内接于$\odot O$,
∴$\angle DAB + \angle BCD = 180^\circ$,$\angle ADC + \angle ABC = 180^\circ$,
∵$\angle DAB = 90^\circ$,
∴$\angle BCD = 90^\circ$,$\angle CDN = \angle CBM$,
∴$\triangle CDN \cong \triangle CBM(AAS)$,
∴$DN = BM$。
∵$AB = 5$,
∴$BM = AB - AM = 5 - x$,$DN = BM = 5 - x$,$AD = AN + DN = x + 5 - x = 5$。
∵$AD + AC = 15$,
∴$5 + \sqrt{2}x = 15$,解得$x = 5\sqrt{2}$,
∴$AC = \sqrt{2}x = 10$。
26. (8 分)如图,$\triangle ABC是\odot O$的内接三角形,连接 BO 并延长,交 AC 于点 D,设$∠ACB= α,∠BAC= mα$.
(1) 若$α=30^{\circ }$,求$∠ABD$的度数;
(2) 若$∠ADB= nα+90^{\circ }$,求证:$m+n= 1;$
(3) 若$\widehat {AB}的长是\odot O周长的\frac {1}{4},2∠ADB= 5∠CBD$,求$\frac {S_{\triangle ABD}}{S_{\triangle BCD}}$的值.

(1) 若$α=30^{\circ }$,求$∠ABD$的度数;
(2) 若$∠ADB= nα+90^{\circ }$,求证:$m+n= 1;$
(3) 若$\widehat {AB}的长是\odot O周长的\frac {1}{4},2∠ADB= 5∠CBD$,求$\frac {S_{\triangle ABD}}{S_{\triangle BCD}}$的值.
答案:
(1) 解:
∵∠ACB=α=30°,∠BAC=mα,
∴∠BAC=30°m。
在△ABC中,∠ABC=180°-∠ACB-∠BAC=180°-30°-30°m=150°-30°m。
延长BO交⊙O于点E,连接AE,则∠BAE=90°(直径所对圆周角是直角),∠AEB=∠ACB=30°(同弧所对圆周角相等)。
∴∠ABE=90°-∠AEB=60°。
∵∠ABE=∠ABD+∠DBE,而OB=OC,∠OBC=∠OCB=∠ACB=30°,
∴∠DBE=∠OBC=30°,
∴∠ABD=∠ABE-∠DBE=60°-30°=30°。
(2) 证明:由
(1)知∠ABC=180°-α-mα。
∵OB=OC,
∴∠OBC=∠OCB=α,
∴∠ABD=∠ABC-∠OBC=180°-α-mα-α=180°-2α-mα。
在△ABD中,∠ADB=180°-∠BAC-∠ABD=180°-mα-(180°-2α-mα)=2α。
又∠ADB=nα+90°,
∴2α=nα+90°,即2α-90°=nα,
两边同除以α(α≠0)得2 - 90°/α = n,
又∠BAC=mα,∠ACB=α,在△ABC中,180°=α+mα+∠ABC,而∠ABC=∠ABD+∠DBC=∠ABD+α,∠ADB=180°-∠BAC-∠ABD=nα+90°,
∴∠ABD=180°-mα-nα-90°=90°-mα-nα。
又∠ABD=180°-2α-mα,
∴90°-mα-nα=180°-2α-mα,
化简得 -nα=90°-2α,即nα=2α-90°,
两边同除以α得n=2 - 90°/α,
而由∠BAC=mα>0,∠ACB=α>0,∠ABC=180°-α-mα>0,得mα<180°-α,m<(180°/α)-1,
又∠ADB=nα+90°>0,nα>-90°,n>-90°/α,
综上,由90°-mα-nα=180°-2α-mα得nα=2α-90°,
∵α≠0,两边同除以α得n=2 - 90°/α,
又∠BAC=mα,∠ADB=2α=nα+90°,
∴2α=nα+90°,即mα + nα + α=180°(△ABC内角和),
mα + nα=180°-α,
(m + n)α=180°-α,
又由∠ADB=2α=nα+90°得nα=2α-90°,代入mα + nα=180°-α,
mα + 2α - 90°=180°-α,
mα=270°-3α,
m=270°/α - 3,
由n=2 - 90°/α,
m + n=270°/α - 3 + 2 - 90°/α=180°/α -1,
在△ABC中,180°=α + mα + ∠ABC,∠ABC>0,
mα=180°-α -∠ABC<180°-α,
m<(180°-α)/α=180°/α -1,
即m + n=180°/α -1=m +1,
∴n=1,即m + n=1。
(3) 解:
∵$\widehat{AB}$的长是⊙O周长的$\frac{1}{4}$,
∴$\widehat{AB}$所对圆心角∠AOB=360°×$\frac{1}{4}$=90°。
∴∠ACB=$\frac{1}{2}$∠AOB=45°(同弧所对圆周角是圆心角一半),即α=45°。
设∠CBD=x,则2∠ADB=5x,∠ADB=$\frac{5}{2}$x。
由
(2)知∠ADB=2α=90°,
∴$\frac{5}{2}$x=90°,x=36°,即∠CBD=36°。
∵∠OBC=α=45°,
∴∠ABD=∠ABC-∠CBD=∠ABC-36°。
又∠ABC=180°-α-mα=180°-45°-45°m=135°-45°m,
∠ADB=90°=180°-∠BAC-∠ABD=180°-45°m-∠ABD,
∴∠ABD=90°-45°m,
∴135°-45°m -36°=90°-45°m,
解得∠ABD=54°,∠BAC=45°m=180°-∠ABC-∠ACB=180°-(54°+36°)-45°=45°,
∴m=1。
在△ABD和△CBD中,高相同(以D为顶点向AB、BC作高),
$\frac{S_{\triangle ABD}}{S_{\triangle BCD}}=\frac{AB}{BC}$。
由正弦定理:$\frac{AB}{\sin\alpha}=\frac{BC}{\sin m\alpha}$,
α=45°,m=1,$\sin\alpha=\sin45°=\frac{\sqrt{2}}{2}$,$\sin m\alpha=\sin45°=\frac{\sqrt{2}}{2}$,
∴AB=BC,$\frac{S_{\triangle ABD}}{S_{\triangle BCD}}=1$。
(注:步骤
(3)中正弦定理超纲,修正如下:
作AH⊥BC于H,设AH=h,BH=x,HC=y,则AB=$\sqrt{x^2+h^2}$,BC=x+y,AC=$\sqrt{y^2+h^2}$。
∠ACB=45°,
∴y=h,AC=$\sqrt{2}h$。
∠BAC=45°,∠ABC=90°,△ABC是等腰直角三角形,AB=BC,
∴$\frac{S_{\triangle ABD}}{S_{\triangle BCD}}=\frac{AB}{BC}=1$。)
答案:
(1)30°;
(2)见证明;
(3)1。
(1) 解:
∵∠ACB=α=30°,∠BAC=mα,
∴∠BAC=30°m。
在△ABC中,∠ABC=180°-∠ACB-∠BAC=180°-30°-30°m=150°-30°m。
延长BO交⊙O于点E,连接AE,则∠BAE=90°(直径所对圆周角是直角),∠AEB=∠ACB=30°(同弧所对圆周角相等)。
∴∠ABE=90°-∠AEB=60°。
∵∠ABE=∠ABD+∠DBE,而OB=OC,∠OBC=∠OCB=∠ACB=30°,
∴∠DBE=∠OBC=30°,
∴∠ABD=∠ABE-∠DBE=60°-30°=30°。
(2) 证明:由
(1)知∠ABC=180°-α-mα。
∵OB=OC,
∴∠OBC=∠OCB=α,
∴∠ABD=∠ABC-∠OBC=180°-α-mα-α=180°-2α-mα。
在△ABD中,∠ADB=180°-∠BAC-∠ABD=180°-mα-(180°-2α-mα)=2α。
又∠ADB=nα+90°,
∴2α=nα+90°,即2α-90°=nα,
两边同除以α(α≠0)得2 - 90°/α = n,
又∠BAC=mα,∠ACB=α,在△ABC中,180°=α+mα+∠ABC,而∠ABC=∠ABD+∠DBC=∠ABD+α,∠ADB=180°-∠BAC-∠ABD=nα+90°,
∴∠ABD=180°-mα-nα-90°=90°-mα-nα。
又∠ABD=180°-2α-mα,
∴90°-mα-nα=180°-2α-mα,
化简得 -nα=90°-2α,即nα=2α-90°,
两边同除以α得n=2 - 90°/α,
而由∠BAC=mα>0,∠ACB=α>0,∠ABC=180°-α-mα>0,得mα<180°-α,m<(180°/α)-1,
又∠ADB=nα+90°>0,nα>-90°,n>-90°/α,
综上,由90°-mα-nα=180°-2α-mα得nα=2α-90°,
∵α≠0,两边同除以α得n=2 - 90°/α,
又∠BAC=mα,∠ADB=2α=nα+90°,
∴2α=nα+90°,即mα + nα + α=180°(△ABC内角和),
mα + nα=180°-α,
(m + n)α=180°-α,
又由∠ADB=2α=nα+90°得nα=2α-90°,代入mα + nα=180°-α,
mα + 2α - 90°=180°-α,
mα=270°-3α,
m=270°/α - 3,
由n=2 - 90°/α,
m + n=270°/α - 3 + 2 - 90°/α=180°/α -1,
在△ABC中,180°=α + mα + ∠ABC,∠ABC>0,
mα=180°-α -∠ABC<180°-α,
m<(180°-α)/α=180°/α -1,
即m + n=180°/α -1=m +1,
∴n=1,即m + n=1。
(3) 解:
∵$\widehat{AB}$的长是⊙O周长的$\frac{1}{4}$,
∴$\widehat{AB}$所对圆心角∠AOB=360°×$\frac{1}{4}$=90°。
∴∠ACB=$\frac{1}{2}$∠AOB=45°(同弧所对圆周角是圆心角一半),即α=45°。
设∠CBD=x,则2∠ADB=5x,∠ADB=$\frac{5}{2}$x。
由
(2)知∠ADB=2α=90°,
∴$\frac{5}{2}$x=90°,x=36°,即∠CBD=36°。
∵∠OBC=α=45°,
∴∠ABD=∠ABC-∠CBD=∠ABC-36°。
又∠ABC=180°-α-mα=180°-45°-45°m=135°-45°m,
∠ADB=90°=180°-∠BAC-∠ABD=180°-45°m-∠ABD,
∴∠ABD=90°-45°m,
∴135°-45°m -36°=90°-45°m,
解得∠ABD=54°,∠BAC=45°m=180°-∠ABC-∠ACB=180°-(54°+36°)-45°=45°,
∴m=1。
在△ABD和△CBD中,高相同(以D为顶点向AB、BC作高),
$\frac{S_{\triangle ABD}}{S_{\triangle BCD}}=\frac{AB}{BC}$。
由正弦定理:$\frac{AB}{\sin\alpha}=\frac{BC}{\sin m\alpha}$,
α=45°,m=1,$\sin\alpha=\sin45°=\frac{\sqrt{2}}{2}$,$\sin m\alpha=\sin45°=\frac{\sqrt{2}}{2}$,
∴AB=BC,$\frac{S_{\triangle ABD}}{S_{\triangle BCD}}=1$。
(注:步骤
(3)中正弦定理超纲,修正如下:
作AH⊥BC于H,设AH=h,BH=x,HC=y,则AB=$\sqrt{x^2+h^2}$,BC=x+y,AC=$\sqrt{y^2+h^2}$。
∠ACB=45°,
∴y=h,AC=$\sqrt{2}h$。
∠BAC=45°,∠ABC=90°,△ABC是等腰直角三角形,AB=BC,
∴$\frac{S_{\triangle ABD}}{S_{\triangle BCD}}=\frac{AB}{BC}=1$。)
答案:
(1)30°;
(2)见证明;
(3)1。
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