圆 · 定义、性质、判定与拓展

切线的定义、性质与判定

Tangents: Definition, Properties and Criteria

本页目录定义

示意图帮助辨认条件,点名只作说明;图形和读数不能代替证明。

定义

切线:与圆只有一个公共点的直线叫作圆的切线,这个公共点叫作切点。

使用条件:从同一个圆外点引切线,外点与切点不同。

切线段:从圆外一点引切线,该外点到切点之间的线段叫作切线段;切线本身仍是无限延伸的直线。

切线长:切线段的长度叫作这个圆外点到圆的切线长。比较切线长时,比较的是有限线段长,不是整条切线的长度。

理解时别漏掉:这里的长是线段长度,不是整条切线有一个有限长度。

性质

使用条件:已知直线 l 是圆 O 的切线,切点为 T;OT 是切点半径。

切线性质:圆的切线垂直于经过切点的半径。

符号表达

O 为圆心,T 在圆上;直线 l 经过 T。

OT⊥lOT\perp l

使用条件:从同一个圆外点向同一个圆引两条切线。

切线长定理:从圆外一点引圆的两条切线,两条切线段的长度相等。这个外点与圆心的连线平分两条切线的夹角,也平分两条切点半径的夹角。

符号表达

P 为圆 O 外一点,T、U 为两个切点;PT、PU 为切线段。

PT=PUPT=PU

同一圆外点的两条切线段

PT、PU 分别在 T、U 处相切,OT⊥PT、OU⊥PU;PT=PU。辅助线 OP 是证明中两个直角三角形的公共斜边。

PT、PU 是从同一个圆外点引出的切线段,T、U 是切点;到圆上任意两点的距离不一定相等。

先了解这些知识

切线长及角平分关系的证明

从圆 O 外的点 P 引两条切线,切点为 T、U,连接 OT、OU、OP。

  1. 确认两个直角

    切点半径垂直于切线;OT、OU 为同圆半径,OP 是两直角三角形的公共斜边。

    OT⊥PT, OU⊥PUOT=OU\begin{gathered}OT\perp PT,\ OU\perp PU\\OT=OU\end{gathered}
  2. HL 判定全等

    斜边与一条直角边分别相等,故两个直角三角形全等。

    △OTP=∽△OUP(HL)\triangle OTP\cong\triangle OUP\quad(\mathrm{HL})
  3. 读出对应关系

    切线段相等,OP 同时平分两切线夹角和两半径夹角。

    PT=PU∠TPO=∠OPU∠TOP=∠POU\begin{gathered}PT=PU\\\angle TPO=\angle OPU\\\angle TOP=\angle POU\end{gathered}

理解时别漏掉:切线无限长;这里相等的是外点到切点的两条切线段。

判定

使用条件:T 在圆 O 上,直线 l 经过 T 且垂直于半径 OT。

切线判定:经过半径外端点且垂直于这条半径的直线,是圆的切线。

符号表达

O 为圆心,T 在圆上;直线 l 经过 T。

OT⊥lOT\perp l

经过半径外端点

直线与圆只有一个公共点,是切线。

垂直,但经过圆内点

直线与圆有两个公共点,不是切线。

两条竖直线都垂直于水平半径所在直线,但只有经过圆上端点 T 的直线才是切线。

怎样理解

判定时要同时检查位置和角度:垂直还不够,直线必须经过半径在圆上的端点。经过圆内一点的任何直线都与圆有两个交点,因此不是切线。

理解时别漏掉:判定切线时既要垂直,又要经过圆上这个点。

切线与弦的夹角 · 进阶

进阶

使用条件:切线在 A 处与圆相切,AB 为弦。P 在圆上且不同于 A、B,并与所选切线射线上的点 T 分居直线 AB 的两侧。

切线与弦的夹角:切线与弦所成的角等于另一弓形中的圆周角。

符号表达

T 确定从 A 出发的哪一条切线射线;P 在圆上。虚线是弦 AB 所在的直线,实线 AB 是弦;标出的弧位于 T 所在的一侧,P 在另一侧的弧上。

∠TAB=∠APB\angle TAB=\angle APB

所选弦切角为锐角

AT 是向上的切线射线,T、P 在直线 AB 的两侧。所标劣弧在 T 一侧,P 在另一侧的弧上;∠TAB=∠APB=30°。

换切线射线,角变成钝角

AT 改为向下的切线射线,T 换到另一侧,P 也换边。所标优弧在 T 一侧,P 在另一侧的劣弧上;∠TAB=∠APB=150°。

T、P 必须在直线 AB 的两侧;反向选择切线射线时,两点都要换边,所比较的两个角才仍然相等。

怎样理解

先选从 A 出发经过 T 的切线射线,确定 ∠TAB。把弦 AB 所在直线当作分界,查看 T 在哪一侧,再把 P 取在另一侧的圆弧上,这就是“另一弓形中的圆周角”。换用反向的切线射线时,T 换边,P 也要换边,不能保留原 P 的位置比较两个角。

理解时别漏掉:切线的另一条射线形成补角;必须核对选角与点 P 所在的弧。