四点共圆是一个常用的知识,它除了可以灵活运用于角
与角之间的等量转换外,
还可以解决与圆幂定理(相交弦定理和切割线定理)相关的问题。
四点共圆的判定是个难点,现归纳总结出四点共圆的几种常用判定方法,供同学们学习参考。
一、直接找出一点到所证四点的距离相等
例1如图1所示,菱形ABCD 的对角线AC 、
BD 相交于点O ,四条边AB 、
BC 、CD 、DA 的中点分别为E 、F 、G 、H 。
求证:E 、
F 、
G 、
H 四点共圆。
分析:由于E 、F 、G 、H 是菱形四边中点,从菱形的性质可
知:E 、F 、G 、H 应在对角线交点O 为圆心的圆上,因此可证E 、F 、G 、H 四点到O 点的距离相等即可。
图1
证明:连接OE 、
OF 、OG 、OH ,ȵ四边形ABCD 是菱形,
ʑAB ⊥BD ,AB =BD =CD =DA 。
又ȵ在Rt △AOB 、
Rt △BOC 、Rt △COD 、Rt △AOD 中,E 、F 、G 、H 分别是AB 、BC 、
CD 、DA 的中点,
ʑOE =
12AB ,OF =12BC ,OG =12CD ,...CZSFD 数学2011.12
OH =12AD 。
又ȵAB =BC =CD =DA (已证),
ʑOE =OF =OG =OH 。
ʑE 、F 、G 、H 四点共圆。
二、证明四个点构成的四边形的对角互补或外角等于内对角
例2如图2所示,已知四边形ABCD 是平行四边形,过
点A 和点B 的圆与AD 、
BC 分别交于E 、F 点。
求证:C 、D 、E 、F 四点共圆。
分析:欲证C 、D 、E 、F 四点共圆,可证以该四点构成的四
边形中,一组对角互补或外角等于内对角即可。
由此,连接EF 构成四边形EFCD 后,证明∠BFE =∠D 即可。
图2证明:连接EF ,
ȵ四边形ABFE 是圆内接四边形,
ʑ∠A +∠BFE =180ʎ。
又ȵ四边形ABCD 是平行四边形,
ʑ∠A +∠D =180ʎ。
ʑ∠BFE =∠D 。
ʑC 、D 、E 、F 四点共圆。
三、利用相交弦定理以及切割线定理的逆定理证明四点
共圆
例3(第19届美国数学奥林匹克试题)如图3所示,给出锐角△ABC ,以AB 为直径的圆与AB 边的高CC'及其延长
线交于点M 、N ,以AC 为直径的圆与AC 边的高BB'及其延长
线交于点P 、
Q 。
求证:M 、
N 、P 、Q 四点共圆。
分析:由于所证四点M 、
N 、P 、Q 刚好是相交线段MN 与PQ 的端点,不妨设交点为K ,此时只需证明MK ·KN =PK ·KQ 成立即可。
又因为两圆相交,自然想到过A 点作两圆的
公共弦。
由于点K 是重心,AB 是圆的直径,所以公共弦经过
K 点且与BC 的垂足为两圆的另一交点。
利用两圆中的相交弦定理即可证。
证明:连接AK 并延长与BC 相交于E ,
ȵK 为△ABC 高线的交点,
ʑAK ⊥BC ,垂足为E 。
ʑ∠AEB =90ʎ。
又ȵAB 为圆的直径,不妨设两圆另一交点为E'ʑ∠AE'B =90ʎ。
ʑ点E 与点E'重合,即点E 为两圆的交点。
图3在以AB 为直径的圆中,有:
KA ·KE =KN ·KM 。
在以AC 为直径的圆中,有:
KA ·KN =KP ·KQ 。
ʑKN ·KM =KP ·KQ 。
ʑM 、N 、P 、Q 四点共圆。
四、证明线段同侧的两点对线段
的张角相等,则这两点以及线段的两个端点共圆
例4(第27届莫斯科数学奥林匹克试题)如图4所示,
A 、
B 、
C 三点共线,点O 在A 、
B 、
C 所在直线外,O 1、O 2、O 3分别为△OAB 、△OBC 、△OCA 的外心。
求证:O、O1、O2、O3四点共圆。
分析:欲证点O、点O1、点O2、点O3四点共圆,可将这四点连结成四边形OO1O3O2,然后证明线段OO1同侧的张角∠OO2O1=OO3O1即可。
证明:分别连接OO1、OO2、OO3、O1O2、O1O3、O2O3、AO3、BO
2
,
ȵO
1、O
2
分别为△OAB、△OBC的外心,
ʑOB是⊙O
1
和⊙O2的公共弦,O1O2是⊙O1和⊙O2的圆心距。
ʑO
1O
2
垂直且平分OB。
图4
在△OBC的外接圆⊙O2中,有:
∠OO2O1=1
2
∠OO2B=∠OCB。
同理可得:∠OO3O1=1
2
∠OO3A
=∠OCA。
ʑ∠OO
2O
1
=∠OO
3
1。
ʑO、O
1、O
2
、O
3
四点共圆。
五、要证五点共圆时,可证明其中两组四点共圆
例5如图5所示,四边形ABCD是圆的内接正方形,对角线AC、BD相交于O点,E、F是劣弧AB、BC的中点,弦DE 分别交AB、AC于点P和点Q,弦DF分别交BC、AC于点S和点R。
求证B、P、Q、R、S五点共圆。
分析:由于点P与点S,点Q与点R关于BD对称,所以只要证明B、P、Q、R四点共圆即可。
从而只需证∠AQP=
∠PBR 。
根据题意可得:∠AQP =45ʎ+
12ˑ45ʎ=67.5ʎ。
因此只需求出∠PBR =67.5ʎ即可,连接BR 即得。
证明:连接BR ,
ȵ四边形ABCD 是正方形,
ʑ∠ABD =∠OAD =∠ADB =∠BDC =45ʎ。
又ȵ点E 为劣弧AB 的中心,
ʑ∠ADE =12∠ADB =12
ˑ45ʎ=22.5ʎȵ∠AQP 是△ADQ 的外角,
ʑ∠AQP =∠QAD +∠QDA =45ʎ+22.5ʎ=67.5ʎ。
ȵ点R 在AC 上,AC 与BD 互相垂直平分
,图5ʑ△BDR 是等腰三角形。
ʑBR =DR ,∠DBR =∠BDR 。
又ȵF 是劣弧BC 的中点。
ʑ∠DBR =∠BDR =12
∠BDC =12
ˑ45ʎ=22.5ʎ
ʑ∠ABR =∠ABD +∠DBR =45ʎ+22.5ʎ=67.5ʎ。
ʑ∠AQP =∠ABR ,即∠AQP =∠PBR 。
ʑB 、P 、Q 、R 共圆。
由于P 、S 、Q 、R 都是关于BD 对称的,由对称可得:
B 、S 、R 、Q 四点也共圆。
ʑB 、P 、Q 、R 、S 五点共圆。