分析 (1)连接OG,首先证明∠EGK=∠EKG,再证明∠HAK+∠KGE=90°,进而得到∠OGA+∠KGE=90°即GO⊥EF,进而证明EF是⊙O的切线;
(2)与已知条件得出∠HAK=30°,HK=$\frac{1}{3}$DH=$\frac{\sqrt{15}}{3}$,AH=$\sqrt{3}$HK=$\sqrt{5}$,连接OD,设⊙O的半径为R,在Rt△ODH中,由勾股定理得出方程,解方程求出半径,得出OH=$\frac{1}{2}$OD,求出∠ODH=30°,△ODH的面积=$\frac{5\sqrt{3}}{2}$,再求出∠BOD=120°,得出扇形OBGD的面积=$\frac{20π}{3}$,证明△GEK是等边三角形,求出OF=2OG=4$\sqrt{5}$,得出HF=OH+OF=5$\sqrt{5}$,求出HE=$\frac{5\sqrt{15}}{3}$,计算出△EFH的面积,即可得出结果;
(3)连接OG,OC.首先求出圆的半径,根据勾股定理可以求解;然后在Rt△OGF中,解直角三角形即可求得FG的长度.
解答 (1)证明:连接OG,如图1所示:
∵弦CD⊥AB于点H,
∴∠AHK=90°,
∴∠HKA+∠KAH=90°,
∵EG=EK,
∴∠EGK=∠EKG,
∵∠HKA=∠GKE,
∴∠HAK+∠KGE=90°,
∵AO=GO,
∴∠OAG=∠OGA,
∴∠OGA+∠KGE=90°,
∴GO⊥EF,
∴EF是⊙O的切线;
(2)解:∵CD⊥AB,
∴DH=CH=$\sqrt{15}$,
∵DK=2HK=AK,
∴∠HAK=30°,HK=$\frac{1}{3}$DH=$\frac{\sqrt{15}}{3}$,
∴AH=$\sqrt{3}$HK=$\sqrt{5}$,
连接OD,如图2所示:
设⊙O的半径为R,
在Rt△ODH中,由勾股定理得:($\sqrt{15}$)2+(R-$\sqrt{5}$)2=R2,
解得:R=2$\sqrt{5}$,
∴OH=OA-AH=$\sqrt{5}$=$\frac{1}{2}$OD,
∴∠ODH=30°,△ODH的面积=$\frac{1}{2}$OH•DH=$\frac{1}{2}$×$\sqrt{5}$×$\sqrt{15}$=$\frac{5\sqrt{3}}{2}$,
∴∠DOH=60°,
∴∠BOD=120°,
∴扇形OBGD的面积=$\frac{120π×(2\sqrt{5})^{2}}{360}$=$\frac{20π}{3}$,
∵OA=OG,
∴∠OGA=∠HAK=30°,
∴∠EGK=90°-30°=60°,
又∵EK=EG,
∴△GEK是等边三角形,
∴∠E=60°,
∴∠F=90°-60°=30°,
∵GO⊥EF,
∴OF=2OG=4$\sqrt{5}$,
∴HF=OH+OF=5$\sqrt{5}$,
∴HE=$\frac{\sqrt{3}}{3}$HF=$\frac{5\sqrt{15}}{3}$,
∴△EFH的面积=$\frac{1}{2}$HF•HE=$\frac{1}{2}$×5$\sqrt{5}$×$\frac{5\sqrt{15}}{3}$=$\frac{125\sqrt{3}}{6}$,
∴图中阴影部分的面积S=$\frac{125\sqrt{3}}{6}$-$\frac{5\sqrt{3}}{2}$-$\frac{20π}{3}$=$\frac{55\sqrt{3}}{3}$-$\frac{20π}{3}$;
(3)解:连接OG,OC,如图3所示
sinE=sin∠ACH=$\frac{3}{5}$,设AH=3t,则AC=5t,CH=4t,
∵KE=GE,AC∥EF,
∴CK=AC=5t,
∴HK=CK-CH=t.
在Rt△AHK中,根据勾股定理得AH2+HK2=AK2,
即(3t)2+t2=(2$\sqrt{3}$)2,
解得:t=$\frac{\sqrt{30}}{5}$,
设⊙O半径为r,在Rt△OCH中,OC=r,OH=r-3t,CH=4t,
由勾股定理得:OH2+CH2=OC2,
即(r-3t)2+(4t)2=r2,
解得:r=$\frac{25}{6}$t=$\frac{5\sqrt{30}}{6}$,
∵EF为切线,
∴△OGF为直角三角形,
在Rt△OGF中,OG=r=$\frac{5\sqrt{30}}{6}$,tan∠OFG=tan∠CAH=$\frac{CH}{AH}$=$\frac{4}{3}$,
∴FG=$\frac{OG}{tan∠OFG}$=$\frac{\frac{5\sqrt{30}}{6}}{\frac{4}{3}}$=$\frac{5\sqrt{30}}{8}$;
故答案为:$\frac{5\sqrt{30}}{8}$.
点评 此题考查了切线的判定与性质、勾股定理、三角函数、圆周角定理、等边三角形的判定与性质、平行线的性质、扇形面积的计算等知识;本题综合性强,有一定难度,特别是(2)中,需要通过作辅助线应用勾股定理求出半径才能得出结果.
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