(10分)如图,P是⊙O外一点,PA是切线,A为切点,割线…——2014 高考数学第 22 题答案解析

2014_新课标II卷

2014 全国 第 22 题 解答题 区分题
2014_新课标II卷

22.(10分)如图,P是⊙O外一点,PA是切线,A为切点,割线PBC与⊙O相交

于点B,C,PC=2PA,D为PC的中点,AD的延长线交⊙O于点E,证明:

(Ⅰ) $B E = E C$ ;

(Ⅱ) $\mathsf { A D } \bullet \mathsf { D } \mathsf { E } = 2 \mathsf { P B } ^ { 2 }$

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(Ⅰ)连接 $OA, OE$。
因为 $PA$ 是 $\odot O$ 的切线,所以 $OA \perp PA$,即 $\angle OAP = 90^\circ$。
由此可得 $\angle OAE + \angle PAD = 90^\circ$。
因为 $OA = OE$,所以 $\triangle OAE$ 为等腰三角形,故 $\angle OAE = \angle OEA$。
已知 $PC = 2PA$,且 $D$ 为 $PC$ 的中点,所以 $PD = \frac{1}{2}PC = PA$。
在 $\triangle PAD$ 中,因为 $PA = PD$,所以 $\angle PAD = \angle PDA$。
又因为对顶角相等,$\angle PDA = \angle CDE$,所以 $\angle PAD = \angle CDE$。
综合上述角度关系:
$\angle OEA + \angle CDE = \angle OAE + \angle PAD = 90^\circ$。
在 $\triangle ODE$ 中(设 $OE$ 与 $BC$ 交于点 $M$,或直接看 $\triangle CDE$ 与圆心角关系,此处更严谨的是考察 $OE$ 与弦 $BC$ 的位置关系),
由 $\angle OEA + \angle CDE = 90^\circ$ 可知,若延长 $ED$ 交圆于 $E$,考虑 $\triangle MDE$($M$ 为 $OE$ 与 $BC$ 交点)的外角或内角和。
更直接地,在 $\triangle CDE$ 所在的局部结构中,由于 $\angle OEA$ 是半径与弦的夹角相关量,我们考察 $OE$ 与 $BC$ 的垂直关系。
令 $OE$ 交 $BC$ 于点 $F$。在 $\triangle DEF$ 中,$\angle EDF = \angle CDE$(对顶角或同角),$\angle DEF = \angle OEA$。
由前述推导 $\angle DEF + \angle EDF = 90^\circ$,故 $\angle DFE = 180^\circ - 90^\circ = 90^\circ$。
即 $OE \perp BC$。
根据垂径定理的推论,垂直于弦的直径平分这条弦所对的弧,所以 $E$ 是弧 $BC$ 的中点。
因此,弧 $BE$ 等于弧 $EC$,进而弦长 $BE = EC$。

()由切割线定理可知,$PA^2 = PB \cdot PC$。
已知 $PC = 2PA$,代入上式得:
$PA^2 = PB \cdot (2PA) \implies PA = 2PB$。
因为 $D$ 是 $PC$ 的中点,且 $PC = 2PA$,所以 $PD = PA$。
结合 $PA = 2PB$,可得 $PD = 2PB$。
观察线段 $P, B, D, C$ 的位置关系:
$BD = PD - PB = 2PB - PB = PB$。
$DC = PC - PD = 2PA - PA = PA = 2PB$。
根据相交弦定理,对于圆内相交于点 $D$ 的弦 $AE$ 和 $BC$,有:
$AD \cdot DE = BD \cdot DC$。
将 $BD$ 和 $DC$ 用 $PB$ 表示代入:
$AD \cdot DE = PB \cdot (2PB) = 2PB^2$。
证毕。

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