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巧算圆中弦经典例题赏析(一题多解)

今天我们解析一道几何基础题,题目呈现如下图所示:问题图审题:因为AB是直径,根据希腊七贤之首泰勒斯研究得到的结论,直径所

今天我们解析一道几何基础题,题目呈现如下图所示:

问题图

审题:因为AB是直径,根据希腊七贤之首泰勒斯研究得到的结论,直径所对的圆周角是直角,所以三角形ABC和三角形ABD都是直角三角形。

因为等弦对等角,所以弦AC和弦CD相等。由勾股定理可知,这两条弦都等于6。

根据题目条件,BC是角平分线。这让人联想到二倍角公式。

解法一:余弦定理

在三角形ABC中,已知三边,设∠1=∠2=β,可以用余弦定理求出cosβ,进而求解BD。

在三角形BCD中应用余弦定理:

列方程再整理,再用求根公式解一元二次方程,得到两个根。

因为BD小于直径,所以答案是2.8。

解法二:正弦二倍角公式

如果圆的直径是2,我们知道这是一个单位圆。如果圆的直径是1,这个圆有名字吗?

我不知道。我们姑且把直径为1的圆称为参考圆吧。

在参考圆中,圆内弦的长度等于所对圆周角的正弦值。即AB=1,AC=0.6,BC=0.8。所以,BD=cos2β,AD=sin2β,AC=sinβ,BC=cosβ。

如何计算96的平方?因为96+4=100,所以96的补数是4。因为100-4-4=92,补数4×4=16,所以96的平方等于9216。

如何计算784的平方根?显然,平方根的十位数是2。7-4=3,还剩余384。考虑4_×_≤384,两个空位需要填入相同的数。

注意到48×8=384,所以算术平方根为28。

解法三:余弦二倍角公式

利用解法一求出来的cosβ,我们可以用余弦二倍角公式快速求解BD。

解法四:托勒密定理

对于任意凸四边形 两组对边的乘积之和大于等于两条对角线的乘积。当且仅当四点共圆时(圆内接四边形)取等。

即:AC·BD+CD·AB=AD·BC。

这个解法就留给读者自行完成。

顺便说一下,托勒密定理的第一个证明可能是出自托勒密的前辈希帕恰斯。托勒密在他的名著《至大论》中用托勒密定理作为引理证明了正弦两角和公式,进而推导出更多三角函数公式,并编制了弦表。希帕恰斯编制的弦表早于托勒密,但是失传了。

当然,本题解法也不止这些。更多解法留给读者完成。