圆的概念公式与推导(完整版)

巡山小妖精
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2020年12月06日 06:33
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2020年12月6日发(作者:甘萍)














〖圆的定义〗

几何说:平面上到定点的距离等于定长的所有点组成的图形叫做圆。 定点称为圆
心,定长称为半径。

轨迹说:平面上一动点以一定点为中心, 一定长为距离运动一周的轨迹称为圆
周,简称圆。

集合说:到定点的距离等于定长的点的集合叫做圆。

〖圆的相关量〗

圆周率:圆周长度与圆的直径长度的比叫做圆周率,值是

3.979323846 ⋯ ,通常用 π表示,计算中常取
值。

3.1416 为它的近似
















圆弧和弦:圆上任意两点间的部分叫做圆弧, 简称弧。大于半圆的弧称为优弧,
小于半圆的弧称为劣弧。 连接圆上任意两点的线段叫做弦。 经过圆心的弦叫做直径。

圆心角和圆周角: 顶点在圆心上的角叫做圆心角。 顶点在圆周上, 且它的两边
分别与圆有另一个交点的角叫做圆周角。

内心和外心:过三角形的三个顶点的圆叫做三角形的外接圆, 其圆心叫做三角形
的外心。和三角形三边都相切的圆叫做这个三角形的内切圆, 其圆心称为内心。

扇形:在圆上,由两条半径和一段弧围成的图形叫做扇形。 圆锥侧面展开图是一
个扇形。这个扇形的半径成为圆锥的母线。

〖圆和圆的相关量字母表示方法〗

















圆 —⊙ 半径 —r 扇形弧
长/圆锥母线 —l





弧 —⌒


周长—C

直径 —d


面积 —S


〖圆和其他图形的位置关系〗

圆和点的位置关系:以点 P 与圆 O 的为例(设 P 是一点,则 PO 是点到圆心的
距离), P 在⊙ O 外, PO >r; P 在⊙ O 上, PO = r;P 在⊙ O 内, PO <r。

直线与圆有 3 种位置关系:无公共点为相离; 有两个公共点为相交; 圆与直线有
唯一公共点为相切, 这条直线叫做圆的切线, 这个唯一的公共点叫做切点。 以







直线 AB 与圆 O 为例(设 OP ⊥AB 于 P,则 PO 是 AB 到圆心的距离): AB 与 ⊙
O 相离, PO >r;AB 与⊙ O 相切, PO =r; AB 与⊙ O 相交, PO <r。





两圆之间有 5 种位置关系:无公共点的, 一圆在另一圆之外叫外离, 在之内叫
内含;有唯一公共点的,一圆在另一圆之外叫外切,在之内叫内切;有两个公共

点的叫相交。两圆圆心之间的距离叫做圆心距。 两圆的半径分别为 R 和 r,且 R≥r,
圆心距为 P:外离 P>R+r;外切 P=R+r ;相交 R-r< P<R+r;内切 P=R-r ;内

含 P<R-r 。








【圆的平面几何性质和定理】

〖有关圆的基本性质与定理〗

圆的确定:不在同一直线上的三个点确定一个圆。




圆的对称性质: 圆是轴对称图形, 其对称轴是任意一条过圆心的直线。 圆也是
中心对称图形,其对称中心是圆心。




垂径定 理:垂直于弦的直径平分这条弦,并且平分弦所对的弧。逆定理:平分
弦(不是直径)的直径垂直于弦, 并且平分弦所对的弧。




〖有关圆周角和圆心角的性质和定理〗




在同圆或等 圆中,如果两个圆心角,两个圆周角,两条弧,两条弦中有一组量
相等,那么他们所对应的其余各组量都 分别相等。




一条弧所对的圆周角等于它所对的圆心角的一半。



直径所对的圆周角是直角。 90 度的圆周角所对的弦是直径。




〖有关外接圆和内切圆的性质和定理〗




一个三角形有唯一确定的外接圆和内切圆。 外接圆圆心是三角形各边垂直平分
线的交点,到三角形三个顶点距离相等; 内切圆的圆心是三角形各内角平分线的
交点,到三角形三边距离相等。




〖有关切线的性质和定理〗




圆的切线垂直于过切点的直径; 经过直径的一端,并且垂直于这条直径的直线,
是这个圆的切线。




切线判定定理:经过半径外端并且垂直于这条半径的直线是圆的切线。






切线的性质:( 1)经过切点垂直于这条半径的直线是圆的切线。( 2)经过切
点垂直于切线的直线必经过圆心。( 3)圆的切线垂直于经过切点的半径。




切线的长定理:从圆外一点到圆的两条切线的长相等。




〖有关圆的计算公式〗

















2. 圆的面积 S=π r2

3. 扇形弧长 l=n π r180

1.

圆的周长 C=2π r= π d

5. 圆锥侧面积 S=π rl

4.

扇形面积 S=nπ r2360=rl2

弦切角定义

顶点在圆上,一边和圆相交,另
























图示


一边和圆相切的角叫做


弦切角 。

如右图所示, 直线 PT 切圆 O 于点 C,BC 、AC 为圆 O 的弦,则有∠ PCA= ∠ PBC( ∠ PCA
为弦切角) 。



弦切角定理












弦切角定理:



弦切角的度数等于它所夹的弧的圆心角的度数的一半

. ( 弦切角就是


切线 与弦所夹的角)

弦切角定理证明:















证明一:设圆心为








O,连接

OC , OB, 连接

BA

并延长交直线

T 于点

P。

∵∠

TCB=90-

∠ OCB

∵∠

BOC=180-2

∠ OCB



















此图证明的是弦切角∠


TCB

∴ , ∠ BOC=2 ∠ TCA (定理:弦切角的度数等于它所夹的弧的圆心角的度数的一半)
∵∠ BOC=2 ∠ CAB (圆心角等于圆周角的两倍)
∴∠ TCA= ∠ CAB (定理:弦切角的度数等于它所夹的弧的圆周角)
证明已知:

AC 是⊙ O 的弦, AB

是⊙ O 的切线, A 为切点,弧是弦切角∠
所夹的弧

.

求证:(弦切角定理)

证明:分三种情况:

( 1) 圆心 O 在∠ BAC 的一边 AC 上
∵ AC 为直径, AB 切⊙ O 于 A,
∴弧 CmA= 弧 CA
∵为半圆

,

∴∠ CAB=90= 弦 CA 所对的圆周角

B 点应在 A 点左侧

( 2) 圆心 O 在∠ BAC 的内部 .
过 A作直径 AD 交⊙O于 D,


若在优弧

m 所对的劣弧上有一点

E

那么,连接

EC、ED、EA


则有:∠ CED= ∠ CAD 、∠ DEA= ∠ DAB

∴

∠ CEA= ∠ CAB



BAC
































































∴

(弦切角定理)























( 3) 圆心 O 在∠ BAC 的外部 ,
过 A作直径 AD 交⊙O于D

那么

∠ CDA+ ∠ CAD= ∠ CAB+ ∠ CAD=90


∴∠ CDA= ∠ CAB


∴(弦切角定理)



弦切角推论 : 若两弦切角所夹的弧相等,则这两个弦切角也相等




举例 : 例 1 :如图, 在中, ∠ C=90 ,以 AB 为弦的⊙ O 与 AC 相切于点


AB=a 求BC长.

解:连结

OA , OB.














∵在中 , ∠ C=90


∴∠ BAC=30°


∴ BC=12a( RT△中

30°角所对边等于斜边的一半)




















例 1:如图, 在中, ∠ C=90 ,以 AB 为弦的⊙ O 与 AC 相切于点 A ,∠ CBA=60°

求 BC 长.

解:连结

OA , OB.


∵在中 , ∠ C=90


∴∠ BAC=30°


∴ BC=12a( RT△中

30°角所对边等于斜边的一半)

A ,∠ CBA=60°
, AB=a

,




























































































































































































































































































































































































例 2:如图,










AD

是

ABC

中∠ BAC

的平分线,经过点


A 的⊙

O 与

BC

切于点

D ,与

AB ,AC

分别相交于

求证:

EF ∥ BC.



E, F.

证明:连

DF.

∠ BAD= ∠ DAC

AD 是∠ BAC 的平分线

∠ EFD= ∠ BAD
∠ EFD= ∠ DAC


⊙ O 切 BC 于 D ∠FDC= ∠DAC

∠ EFD= ∠ FDC
EF∥ BC


























例 3:如图, ABC 内接于⊙ O, AB 是⊙ O 直径, CD ⊥ AB 于 D , MN 切⊙ O 于 C,
求证: AC 平分∠ MCD , BC 平分∠ NCD.
证明:∵ AB 是⊙ O 直径


∴∠ ACB=90
∵ CD ⊥AB
∴∠ ACD= ∠ B,


∵ MN切⊙O于C

∴∠ MCA= ∠ B,


∴∠ MCA= ∠ ACD ,


即 AC 平分∠ MCD ,


同理: BC 平分∠ NCD.

切线长定理

从圆外一点引圆的两条

切线 ,它们的 切线长 相等,圆心和这一点的连线,平分两条切

线的夹角。

如图中,切线长

AC=AB 。

∵∠ ABO= ∠ ACO=90°

BO=CO= 半径

AO=AO

公共边

∴ Rt ABO ≌ Rt ACO( H.L )

∴ AB=AC
∠ AOB= ∠ AOC
∠ OAB= ∠ OAC
切线长定理推论:圆的外接四边形的两组对边的和相等









切线长的概念.

如图,


P 是⊙ O 外一点, PA , PB 是⊙ O 的两条切线,我们把线
段 PA, PB 叫做点

P到⊙O

的 切线长. 引导学生理解:切线和切线长是两个不同的


概念,切线是直线,不能度量;切线长是线段的长,这条线段的两个端点分别是圆外

一点和切点,可以度量

.

切线长定理:从圆外一点引圆的两条切 线,它们的切线长相等,圆心和这一点
的连线平分两条切线的夹角.

推广:连接

BC,BC⊥AO




































































相交弦定理




圆内的两条相交弦,被交点分成的两条线段长的积相等。


(经过圆内一点引两条

线,各弦被这点所分成的两段的积相等)




相交弦说明




几何语言:


若弦 AB、CD 交于点


P



则 PA·PB=PC· PD (相交弦定理)
推论:如果弦与直径垂直相交,那么弦的一半是它分直径所成的两条线段的
比例

中项


几何语言:


若 AB 是直径, CD 垂直 AB 于点 P,则
PC^2=PA· PB (相交弦定理推论)



编辑本段 如何证明




证明:连结


AC , BD ,由 圆周角定理

的推论,得∠

A =∠ D ,∠ C =∠ B 。( 圆周角

推论 2:


同 (等 )弧所对圆周角相等

.) ∴△ PAC ∽△ PDB ,∴ PA∶ PD = PC ∶ PB ,PA·PB

= PC·PD

注:其 逆定理 可作为证明圆的 内接三角形 的方法 . P 点若选在圆内任意一点更具一般
性。






























切割线定理:从圆外一点引圆的



切线 和 割线 ,切线长是这点到割线与圆交点的两条

线段长的 比例中项 。是 圆幂定理

的一种。

几何语言:


∵ PT 切⊙ O 于点 T, PBA 是⊙ O 的割线 ∴
PT 的平方 =PA·PB(切割线定理)



























推论:


从圆外一点引圆的两条割线,


这一点到每条割线与圆的交点的两条线段长的积相

等




几何语言:

∵ PBA , PDC 是⊙ O 的割线
∴ PD·PC=PA· PB (切割线定理推论) (割线定理 )
由上可知 :PT 的平方 =PA·PB=PC· PD



证明




切割线定理证明


:

设 ABP 是⊙ O 的一条割线, PT 是⊙ O 的一条切线, 切点为 T,则 PT²=PA· PB 证明:
连接 AT, BT


∵∠ PTB= ∠ PAT( 弦切角定理 )






















∠ P= ∠P(公共角 )

∴△ PBT ∽△ PTA( 两角对应相等

,两三角形相似 )

则 PB : PT=PT : AP

即: PT²=PB· PA









相交弦定理




圆内的两条相交弦,被交点分成的两条线段长的积相等。


(经过圆内一点引两条

线,各弦被这点所分成的两段的积相等)


相交弦说明

几何语言:

若弦 AB、CD 交于点

P

则 PA·PB=PC· PD (相交弦定理)
推论:如果弦与直径垂直相交,那么弦的一半是它分直径所成的两条线段的
比例

中项

几何语言:

若 AB 是直径, CD 垂直 AB 于点 P,则
PC^2=PA· PB (相交弦定理推论)
如何证明

证明:连结

AC , BD ,由 圆周角定理

的推论,得∠

A =∠ D ,∠ C =∠ B 。( 圆周角

推论 2:

同 (等 )弧所对圆周角相等

.) ∴△ PAC ∽△ PDB ,∴ PA∶ PD = PC ∶ PB ,PA·PB
= PC·PD
注:其 逆定理 可作为证明圆的 内接三角形 的方法 . P 点若选在圆内任意一点更具一般
性。

从圆外一点

P 引两条

割线 与圆分别交于

A.B.C.D则有



PA·PB=PC· PD 。






















证明:如图直线

ABP 、
和

CDP

是自点

P 引的⊙

O 的两条割线,则

PA·PB=PC· PD

证明 :连接 AD

BC
















































































∵∠A和∠C都对弧 BD

∴由 圆周角定理

,得

∠ A= ∠ C

又∵∠ APD= ∠ CPB

∴△ ADP ∽△ CBP

∴ AP:CP=DP:BP, 也就是 AP·BP=CP· DP
101 圆是定点的距离等于定长的点的集合
102 圆的内部可以看作是圆心的距离小于半径的点的集合
103 圆的外部可以看作是圆心的距离大于半径的点的集合
104 同圆或等圆的半径相等
105 到定点的距离等于定长的点的轨迹,是以定点为圆心,定长为半
径的圆
106 和已知线段两个端点的距离相等的点的轨迹,是着条线段的垂直
平分线
107 到已知角的两边距离相等的点的轨迹,是这个角的平分线
108 到两条平行线距离相等的点的轨迹,是和这两条平行线平行且距
离相等的一条直线
109 定理 不在同一直线上的三点确定一个圆。
110 垂径定理 垂直于弦的直径平分这条弦并且平分弦所对的两条弧
111推论 1 ①平分弦(不是直径)的直径垂 直于弦,并且平分弦所对的两条弧
②弦的垂直平分线经过圆心,并且平分弦所对的两条弧

③平分弦所对的一条弧的直径,垂直平分弦,并且平分弦所对的另一条弧

112 推论 2 圆的两条平行弦所夹的弧相等

113 圆是以圆心为对称中心的中心对称图形
114 定理 在同圆或等圆中,相等的圆心角所对的弧相等,所对的弦




























































相等,所对的弦的弦心距相等

115 推论

在同圆或等圆中,如果两个圆心角、两条弧、两条弦或两

弦的弦心距中有一组量相等那么它们所对应的其余各组量都相等

116 定理

一条弧所对的圆周角等于它所对的圆心角的一半

117 推论 1 同弧或等弧所对的圆周角相等;同圆或等圆中,相等的圆周角所对的弧也相等

118 推论 2 半圆(或直径)所对的圆周角是直角;

90°的圆周角所

对的弦是直径

119 推论 3 如果三角形一边上的中线等于这边的一半,那么这个三角形是直角三角形

120 定理

圆的内接四边形的对角互补,并且任何一个外角都等于它

的内对角

121 ①直线 L 和 ⊙O 相交

d< r

②直线 L 和 ⊙O 相切

d=r

③直线 L 和 ⊙O 相离

d> r

122 切线的判定定理

经过半径的外端并且垂直于这条半径的直线是圆的切线

123 切线的性质定理

圆的切线垂直于经过切点的半径

124 推论 1 经过圆心且垂直于切线的直线必经过切点

125 推论 2 经过切点且垂直于切线的直线必经过圆心

126 切线长定理

从圆外一点引圆的两条切线,它们的切线长相等,

圆心和这一点的连线平分两条切线的夹角

127 圆的外切四边形的两组对边的和相等
128 弦切角定理 弦切角等于它所夹的弧对的圆周角
129 推论 如果两个弦切角所夹的弧相等,那么这两个弦切角也相等
130 相交弦定理 圆内的两条相交弦,被交点分成的两条线段长的积
相等
131 推论 如果弦与直径垂直相交,那么弦的一半是它分直径所成的
两条线段的比例中项
132 切割线定理 从圆外一点引圆的切线和割线,切线长是这点到割
线与圆交点的两条线段长的比例中项
133 推论 从圆外一点引圆的两条割线,这一点到每条割线与圆的交点的两条线段长的积相















































等

134 如果两个圆相切,那么切点一定在连心线上
135 ①两圆外离 d >R+r ②两圆外切 d=R+r
③两圆相交

R-r <d < R+r(R > r)

④两圆内切

d=R-r(R > r) ⑤两圆内含 d < R-r(R > r)

136 定理

相交两圆的连心线垂直平分两圆的公共弦

137 定理

把圆分成

n(n ≥3):

⑴依次连结各分点所得的多边形是这个圆的内接正

n 边形

⑵经过各分点作圆的切线,以相邻切线的交点为顶点的多边形是这个圆的外切正
138 定理

任何正多边形都有一个外接圆和一个内切圆,这两个圆是同心圆

n 边形




















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