圆的性质(一)|角、弧及弦

文章摘要

本文涵盖 圆的性质 的核心技巧—— 这是 DSE 卷一甲部(2)及乙部经常出现的课题,占 4–7 分。 你将学习圆的基本元素的 定义(圆心、半径、弦、弧、扇形)、 圆心角、弧与弦的关系、 圆周角定理、圆内接四边形 的性质, 以及如何运用这些定理进行几何证明。文章包括逐步例题、DSE 应试技巧、 练习题。这些是 必备技能, 在 DSE 试卷中经常出现。


学习目标

完成本文后,你应能够:

  • 定义 圆的关键元素:圆心、半径、弦、弧、扇形、切线。
  • 应用 圆心角、弧与弦 的关系(等圆心角 → 等弧 → 等弦)。
  • 应用 圆周角定理 及其推论。
  • 应用 半圆上的角 定理(直径所对的角为 90°)。
  • 应用 圆内接四边形 的性质(对角互补、外角定理)。
  • DSE 风格的圆几何问题。

1. 引言:

圆的几何 每年 都在 DSE 卷一甲部(2)及乙部出现。题目可能要求你:

  • 运用圆定理求未知角或长度
  • 运用圆的性质证明几何关系
  • 应用圆内接四边形的性质
  • 解涉及圆的综合几何问题

这些都是必备技能,亦会在进阶几何课题中出现。

DSE 应试提示

圆的性质的题目通常以 短答题 形式出现在甲部(2),每题 3–4 分;在乙部则以 较长证明题 形式出现,每题 5–7 分。

2. 基本定义

是与一个固定点(称为 圆心)距离相等的点的集合。 主要元素包括:

  • 半径:圆心到圆上任意点的距离。
  • 弦:连接圆上两点的线段。
  • 直径:通过圆心的弦(最长的弦)。
  • 弧:圆周的一部分。
  • 扇形:由两条半径和一段弧围成的区域。
  • 圆心角:顶点在圆心的角。
  • 圆周角:顶点在圆上的角。

3. 圆心角、弧与弦的关系

在同圆或等圆中:

  • 等圆心角等弧
  • 等弧等弦
  • 等弦等圆心角

例题

题目:在圆中,圆心角 \( \angle AOB = 60^\circ \)。求弧 \( AB \) 的度数。

题解

弧的度数等于其圆心角的度数。

答案:\( AB = 60^\circ \)

4. 圆周角定理

圆周角定理 指出:

  • 圆周角等于其所对弧的 一半
  • 同弧上的 圆周角相等

例题

题目:在图中,\( \angle ABC = 40^\circ \)。求弧 \( AC \) 的度数。

题解

由圆周角定理:\( \angle ABC = \frac{1}{2} \times \text{弧 } AC \)

所以 \( 40^\circ = \frac{1}{2} \times \text{弧 } AC \)\( \text{弧 } AC = 80^\circ \)

答案:\( AC = 80^\circ \)

5. 半圆上的角

定理:半圆上的圆周角是 直角(90°)。 即若 \( AB \) 为直径,\( C \) 在圆上,则 \( \angle ACB = 90^\circ \)

例题

题目:\( AB \) 为圆的直径,点 \( C \) 在圆上。若 \( \angle CAB = 35^\circ \),求 \( \angle ABC \)

题解

\( AB \) 为直径,\( \angle ACB = 90^\circ \)

在三角形 \( ABC \) 中,\( 35^\circ + 90^\circ + \angle ABC = 180^\circ \)

\( \angle ABC = 180^\circ - 125^\circ = 55^\circ \)

答案:\( \angle ABC = 55^\circ \)

6. 圆内接四边形

圆内接四边形 是四个顶点都在圆上的四边形。 主要性质:

  • 对角互补\( \angle A + \angle C = 180^\circ \)\( \angle B + \angle D = 180^\circ \)
  • 圆内接四边形的 外角 等于其 内对角

例题

题目:在圆内接四边形 \( ABCD \) 中,\( \angle A = 70^\circ \)\( \angle C = 110^\circ \)。这是否可能?解释。

题解

在圆内接四边形中,对角互补。

\( \angle A + \angle C = 70^\circ + 110^\circ = 180^\circ \)

答案:可能,因为对角之和为 180°。

7. 例题

例题 1:圆周角

题目:在图中,\( O \) 为圆心。\( \angle AOB = 100^\circ \)。求 \( \angle ACB \)

题解

\( \angle ACB \) 是圆周角,对弧 \( AB \)

圆心角 \( \angle AOB = 100^\circ \) 对同一弧。

由圆周角定理:\( \angle ACB = \frac{1}{2} \times 100^\circ = 50^\circ \)

答案:\( 50^\circ \)

例题 2:圆内接四边形

题目:在圆内接四边形 \( ABCD \) 中,\( \angle A = 3x \)\( \angle C = 2x + 20^\circ \)。求 \( x \)

题解

圆内接四边形中,对角互补。

\( 3x + (2x + 20^\circ) = 180^\circ \)

\( 5x + 20^\circ = 180^\circ \)

\( 5x = 160^\circ \)\( x = 32^\circ \)

答案:\( x = 32^\circ \)

例题 3:证明题

题目:证明若 \( ABCD \) 是圆内接四边形,则 \( \angle ABD = \angle ACD \)

题解

在圆内接四边形中,四个顶点都在同一圆上。

\( \angle ABD \)\( \angle ACD \) 都是圆周角,对 同一弧 \( AD \)

同弧上的圆周角相等。

答案:\( \angle ABD = \angle ACD \)(证明完毕)。

8. DSE 风格练习题

甲部(2)及乙部风格

题目 1 MC
在圆中,圆心角 \( \angle AOB = 80^\circ \)。弧 \( AB \) 的度数是:
A. \( 40^\circ \)     B. \( 80^\circ \)     C. \( 160^\circ \)     D. \( 280^\circ \)

题目 2 MC
在图中,\( O \) 为圆心。\( \angle ABC = 35^\circ \)。求 \( \angle AOC \)
A. \( 35^\circ \)     B. \( 70^\circ \)     C. \( 17.5^\circ \)     D. \( 105^\circ \)

题目 3 短答
在圆内接四边形 \( ABCD \) 中,\( \angle A = 85^\circ \)。求 \( \angle C \)

题目 4 短答
\( AB \) 为直径,\( C \) 在圆上。若 \( \angle BAC = 28^\circ \),求 \( \angle ABC \)

题目 5 MC
以下哪项 不是 圆内接四边形的性质?
A. 对角互补
B. 外角等于内对角
C. 所有角相等
D. 顶点在圆上

9. 题解

题目 1: B. \( 80^\circ \)
弧的度数等于其圆心角的度数。
题目 2: B. \( 70^\circ \)
\( \angle ABC \) 是圆周角,对弧 \( AC \),所以圆心角 \( \angle AOC = 2 \times 35^\circ = 70^\circ \)
题目 3: \( 95^\circ \)
圆内接四边形中对角互补:\( 85^\circ + \angle C = 180^\circ \)\( \angle C = 95^\circ \)
题目 4: \( 62^\circ \)
\( AB \) 为直径,\( \angle ACB = 90^\circ \)。所以 \( 28^\circ + 90^\circ + \angle ABC = 180^\circ \)\( \angle ABC = 62^\circ \)
题目 5: C. 所有角相等
圆内接四边形中,只有对角互补,并非所有角相等。

9. 基础练习

点击下列链接查看基础练习
 基础练习: 圆的性质(一)|角、弧及弦

重点总结

你必须记住的重点
  • 圆心角 = 弧的度数。
  • 圆周角 = 所对弧的一半。
  • 半圆上的角 = 90°(直径 → 直角)。
  • 圆内接四边形:对角互补;外角等于内对角。
  • 等弦等弧等圆心角
  • 这课题保证在 DSE 卷一甲部(2)及乙部有 4–7 分——掌握这些技巧!

复习清单

  • 圆心角 = 弧的度数
  • 圆周角 = 弧的一半
  • 半圆上的角 = 90°
  • 等弦 ↔ 等弧 ↔ 等圆心角
  • 圆内接四边形:对角互补
  • 圆内接四边形:外角 = 内对角
  • 运用角追踪进行证明