(10分)如图,AB是⊙O的直径,AC是⊙O的切线,BC交…——2015 高考数学第 22 题答案解析

2015_新课标I Paper

2015 National Question 22 Free-response Differentiating
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22.(10分)如图,AB是⊙O的直径,AC是⊙O的切线,BC交⊙O于点E

(Ⅰ)若D为AC的中点,证明:DE是⊙O的切线;

(Ⅱ)若 $O A = \sqrt { 3 } C E$ ,求 $\angle A C B$ 的大小

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(Ⅰ)连接 $AE, OE$。
因为 $AB$ 是 $\odot O$ 的直径,所以 $\angle AEB = 90^{\circ}$,即 $AE \perp BC$。
在 Rt$\triangle AEC$ 中,$D$ 为斜边 $AC$ 的中点,所以 $DE = DC = DA$,故 $\angle DEC = \angle DCE$。
因为 $OB = OE$,所以 $\angle OBE = \angle OEB$。
因为 $AC$ 是 $\odot O$ 的切线,$AB$ 是直径,所以 $AC \perp AB$,即 $\angle CAB = 90^{\circ}$。
在 Rt$\triangle ABC$ 中,$\angle ACB + \angle ABC = 90^{\circ}$。
所以 $\angle DEC + \angle OEB = \angle DCE + \angle OBE = 90^{\circ}$。
又因为 $\angle DEC + \angle OEB + \angle OED = 180^{\circ}$,
所以 $\angle OED = 180^{\circ} - (\angle DEC + \angle OEB) = 180^{\circ} - 90^{\circ} = 90^{\circ}$。
即 $OE \perp DE$。
因为 $OE$ 是 $\odot O$ 的半径,所以 $DE$ 是 $\odot O$ 的切线。

(Ⅱ)设 $CE = 1$。由已知 $OA = \sqrt{3} CE$,得 $OA = \sqrt{3}$,则直径 $AB = 2\sqrt{3}$。
在 Rt$\triangle ABC$ 中,$AE \perp BC$,由射影定理可知 $AE^2 = CE \cdot BE$。
设 $AE = x$,在 Rt$\triangle ABE$ 中,$BE = \sqrt{AB^2 - AE^2} = \sqrt{(2\sqrt{3})^2 - x^2} = \sqrt{12 - x^2}$。
代入射影定理公式得:$x^2 = 1 \cdot \sqrt{12 - x^2}$。
两边平方得 $x^4 = 12 - x^2$,即 $x^4 + x^2 - 12 = 0$。
解关于 $x^2$ 的一元二次方程,$(x^2 + 4)(x^2 - 3) = 0$。
因为 $x^2 > 0$,所以 $x^2 = 3$,解得 $x = \sqrt{3}$(负值舍去)。
在 Rt$\triangle AEC$ 中,$\tan \angle ACE = \frac{AE}{CE} = \frac{\sqrt{3}}{1} = \sqrt{3}$。
因为 $\angle ACE$ 为锐角,所以 $\angle ACE = 60^{\circ}$,即 $\angle ACB = 60^{\circ}$。

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