圆的有关性质
从垂径定理到四点共圆,搞懂七个核心定理的证明思路与内在联系
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圆的有关性质
从垂径定理到四点共圆,搞懂七个核心定理的证明思路与内在联系
几何对称性分析方法
前面我们用圆心角、弧、弦这些元素刻画圆,但条件一多就容易乱。其实圆最本质的特征是'对称'——抓住对称,往往能把一团乱麻理成一条线。
沿对称轴折叠两边重合,研究一半即可,另一半自动对应
圆
上一节我们用对称性方法分析图形,圆是对称性最完美的例子——它有无限多条对称轴。车轮、硬币、拱桥、钟表,圆在生活中无处不在。先回到定义,把圆拆开看。
木桩是圆心、绳长是半径、人绕一圈的轨迹就是圆
圆心
上一页我们从对称性切入,认识了圆——一种高度对称的曲线。问题来了:圆绕着哪个点旋转都能和自己重合,那个「轴心」到底在哪?这就要请出本节的主角——圆心。
所有乘客等距绕立柱坐落,立柱不动,整体才能平稳旋转
半径
上页我们找到了圆心——圆的"靶心"。但光知道靶心,靶有多大还没说。半径就是补上这块信息的关键:从圆心到圆上任意一点的距离。
从中心轮毂到边缘轮圈的连杆,每根长度都相同
弦
上页说圆最对称,那对称分析靠什么工具?靠弦。圆周上任取两点拉一条线段——这就是弦,圆里最常出现的'基本元件'。
琴弦两端固定在共鸣箱边缘;几何弦两端'锚'在圆周——'弦'就是两端绷紧的线
直径
从上一页的半径出发:半径是从圆心到圆上一点的线段,长度记作r。如果把两条半径方向相反地摆在同一条直线上,它们首尾相连、两端都落在圆上,组成的新线段就是直径——圆里一条特殊的线。
折痕穿过圆心,两半纸片完全重合,直径所在直线就是圆的对称轴
弧
弧:定义、要点与典型应用
等圆 与 等弧
前面认识了圆、弦、弧这些基本元素。线段有等线段、角有等角,那圆和弧能不能也谈「相等」?自然可以——这就是等圆与等弧。
半径一致、曲率相同,叠起来严丝合缝,没有错位
圆的轴对称性
前面我们学了用对称性分析几何图形。三角形、等腰梯形只有一两条对称轴,但圆不一样——任何一条过圆心的直线,都能把圆对折成完全重合的两半。这就是圆的轴对称性。
纸盘只要沿过圆心的线折都能重合,对应到圆上,每条过圆心的直线都是对称轴
垂径定理
上一节我们刚说,圆是轴对称图形,每条直径都是一条对称轴。如果一条直径刚好'压'过弦的中点,弦的两半会沿这条轴线完全重合——这正是垂径定理的几何本质。
弦要对齐重合,必须中点在折痕上、且与折痕垂直
圆心角
钟表的指针围绕固定轴转动,两个时刻的方向会形成一个角。沿用上页从圆心和半径观察图形的方法:若转动轴落在圆心,就得到一个能联系弧与弦的关键角——圆心角。
表轴对应圆心,指针对应半径,转过的夹角就是圆心角
圆周角
你刚掌握圆心角——顶点固定在圆心。现在把顶点挪到圆周上,角的两边分别再交圆于两点——这就是圆周角。同样一段弧,圆心看去与圆周看去,张角不同;这两个角之间有一条简洁到令人惊讶的关系。
圆心是灯塔尖,灯柱扫过扇形——塔尖处张角是圆心角,圆周上观众仰视灯柱的仰角是圆周角,恒为一半
圆周角定理
上页的圆心角,顶点在圆心。但更多时候我们是站在圆周上看同一段弧——从圆心看和从圆周看,张角有什么关系?这就是圆周角定理要回答的问题。
中心看完整张角,边缘看只剩一半
圆内接四边形
上页学了圆周角定理——顶点在圆上的角等于所对弧的一半。如果把四个顶点全部钉在同一个圆上组成四边形,会冒出什么新性质?
∠A 抓半圈弧、∠C 抓剩下半圈;两段相加 = 360°,各取一半 = 180°
圆内接四边形对角互补
上页我们用圆周角定理算出了同弧上的角。现在升级一下:在圆上任取四点依次相连,就得到圆内接四边形——它的对角会有什么规律?
各看对面那条弧,两条弧拼成整圆 360°,视角各分一半就和为 180°
本节要点
- ✓对称性是圆的灵魂,所有定理的根
- ✓圆周角是圆心角的一半,核心比例关系
- ✓等弧⇔等弦⇔等圆周角,等价链贯穿
- ✓圆内接四边形对角互补,是推论不是独立定理
- ✓直径所对的圆周角必为直角
课后思考
先自己琢磨每个问题,再看参考答案——重点不是答案本身,而是你的思路走到了哪一步。
参考答案抓住两个特殊情形搭桥:① 顶点落到圆心,圆周角 = 圆心角;② 顶点在圆上且一边过圆心(直径),圆周角 = 90°。再借助等腰三角形的外角,把一般情形拆成这两种情形相加,即可完成证明。
参考答案只能直接定 ∠C = 110°(对角互补)。∠B、∠D 各自还有自由度(如 ∠B + ∠D = 250°),需再添条件(如某对角线为直径、某对角线平分一角)才能唯一确定。
参考答案顶点移到圆内:所夹角 = (两弧之和) ÷ 2;移到圆外:所夹角 = (两弧之差) ÷ 2。证法提示:作辅助线把顶点和两交点连成三角形,再把顶角「拉回」圆上用圆周角定理即可。