UCZ SIĘ KROK PO KROKU

Prosta i okrąg

Prosta może przecinać okrąg w dwóch punktach albo być do niego styczna. Poznaj różnice między styczną, sieczną i cięciwą oraz zależności dotyczące łuków okręgu wykorzystywane w zadaniach.

Czym jest łuk?

Aby wyobrazić sobie co to jest łuk poprowadź dwa promienie z środka okręgu pod pewnym kątem α.Te dwa promienie wycięły z okręgu łuk.

Długość łuku obliczamy ze wzoru:

l=α360°⋅2π⋅r

Przykład: Oblicz długość krótszego łuku wyznaczonego przez dwa promienie o długości 5 cm, które są narysowane pod kątem 30°.
Rysujemy pomocniczy szkic. Zgodnie z treścią zadania kąt między ramionami ma mierzyć 30°, czyli:

Liczymy długość krótszego łuku (zaznaczonego na czerwono) podstawiając do wzoru r=5 cm i α=30°.l=30°360°⋅2π⋅5=112⋅10π=1012π=56π

Odpowiedź: Długość krótszego łuku wynosi l=56π cm.

Styczna

Styczna to taka prosta, która ma DOKŁADNIE JEDEN punkt wspólny z okręgiem.

Ważny jest fakt, że w punkcie styczności promień pada na styczną pod kątem prostym.

Przykład: Kąt utworzony przez dwa promienie ma miarę 120°. Oblicz kąt, który tworzą styczne do okręgu poprowadzona przez końce tych promieni.
Zaznaczamy kąt między promieniami: 120°

Rysujemy styczne i zaznaczamy szukany kąt.

Suma kątów w czworokącie wynosi 360°. Skoro promień pada na styczną pod kątem prostym to zadanie sprowadza się do zwykłego równania, w którym sumujemy miary kątów:120°+2⋅90°+α=360°α=360°−(120°+2⋅90°)=60°
Odpowiedź: Styczne tworzą kąt α=60°.

Styczna a sieczna i cięciwa

Jeśli chodzi o sieczną, sytuacja jest o wiele prostsza, bo sieczna jest prostą, która przecina okrąg w dwóch dowolnych punktach, np.

Powstały z siecznej odcinek AB nazywamy cięciwą. Zauważ, że średnica okręgu też jest cięciwą (co więcej - najdłuższą z możliwych).

OGÓLNIE: Cięciwa to odcinek łączący dwa dowolne punkty okręgu.

Twierdzenie o odcinkach siecznych okręgu:

Dla punktu P, który nie należy do okręgu, i dwóch siecznych przecinających się w nim zachodzi zależność:

|PA|⋅|PB|=|PC|⋅|PD|

Równoważnie dla stycznej i siecznej powstaje:

|PA|2=|PC|⋅|PD|
|PA|⋅|PB|=|PC|⋅|PD|
Przykład: Punkt P leży na zewnątrz okręgu o środku S. Odległość punktu P od środka okręgu jest trzykrotnie większa od odległości punktu P od okręgu. Z punktu P poprowadzono styczną do okręgu i punkt A jest punktem styczności. Oblicz wartość ilorazu |PA||PS|.
Długość odcinka |PB| to odległość punktu P od okręgu, oznaczamy ją jako a.

Skoro |PS| jest 3-razy większy od |PB| to cały odcinek |PS| jest równy 3a. Zatem skoro wiemy, że |PB|=a, |PS|=3a, to|SB|=2a i |SB| jest promieniem okręgu, czyli wnioskujemy, że również |CS|=2a (też jest promieniem okręgu).
Niech |AP|=x.
Szukamy takiego ilorazu:
|PA||PS|=x3a.
Z twierdzenia o odcinkach siecznej i stycznej mamy równanie:
|PB|⋅|PC|=|PA|2a⋅5a=x2
Wyliczamy x:
x=5a2=5⋅a2 (a jest długością odcinka, dlatego nie może być ujemny)
x=a5

Podstawiamy do ilorazu:
|PA||PS|=x3a=a53a=53

Odpowiedź: Szukany stosunek długości to 53.

Przykład: Odległość cięciwy AB od środka okręgu wynosi 3. Cięciwa ma długość 8. Znajdź długość promienia tego okręgu.

Odległość punktu O - środka okręgu od cięciwy jest mierzona pod kątem prostym.

Rysujemy dowolną cięciwę AB. Dorysowujemy do punktów A i B promienie. Powstały trójkąt OAB jest równoramienny ze względu na promienie, a OC jest wysokością, która dzieli AB na dwie równe części: 82=4.

Z twierdzenia Pitagorasa wyznaczamy długość promienia:

r2=32+42

r2=25

r=5 (odrzucamy ujemną liczbę, bo długość nigdy nie jest z “-” ).

Odpowiedź: Długość promienia okręgu wynosi 5.

Przykład: W okręgu o promieniu 8 cm poprowadzono cięciwę o długości 8 cm. Oblicz długości łuków, na które cięciwa dzieli ten okrąg.
Krok 1: Zaznaczamy na rysunku wszystkie długości:

Zauważmy, że powstaje trójkąt równoboczny, czyli w takiej sytuacji wszystkie jego kąty są równe 3α=180°
α=60°

Krok 2: Obliczamy długość krótszego łuku:

l1=60°360°⋅2π⋅8=16⋅16π=83π

Krok 3: Obliczamy długość dłuższego łuku:

l2=300°360°⋅2π⋅8=56⋅16π=403π

Można również zauważyć, że długość dłuższego łuku to długość całego okręgu pomniejszona o krótszy łuk, czyli

l2=2πr−83π=16π−83π=403π.

Odpowiedź: Długości łuków wynoszą 83π cm i 403π cm.

Przykład: Dana jest długość odcinka |AS|=16 cm i |AC|=20 cm. Oblicz |BC|, jeżeli promień jest równy r=8 cm.

Odcinek |AS| składa się z promienia i odcinka |AD|=a, którego długość wynosi a=|AS|−r=16−8=8.

Dodatkowo oznaczamy |AB|=b, a stąd |BC|=20−b.

Do obliczenia |BC| używamy twierdzenia i odcinkach siecznych. Żeby jednak skorzystać z tego wzoru dorysowujemy promień r=|SE|, czyli |AE|=|AS|+r=16+8=24

Z twierdzenia otrzymujemy:

|AB|⋅|AC|=|AD|⋅|AE|

b⋅20=8⋅24

b=8⋅2420=485, a stąd

|BC|=20−485=100−485=525.

Odpowiedź: Długość odcinka |BC| wynosi 525 cm.

Przykład: Przekątna AC czworokąta ABCD wpisanego w okrąg jest średnicą okręgu o długości 24 cm. Przekątna BD dzieli AC w stosunku 1:5. Oblicz długość przekątnej BD wiedząc, że krótsza część odcięta punktem przecięcia przekątnych ma długość 6 cm.

Rysujemy dowolny czworokąt tak, aby średnica była przekątną. Wyobraźmy sobie, że |AC| składa się z 6 równych części, długości x, (bo 1+5=6). Rysujemy przekątną |BD| tak, że dzieli |AC| na długości x i 5x.

Wiemy, że średnica wynosi 24 cm, zatem
6x=24
x=4 cmZbierając nasze dane rysunek wygląda następująco:

Z tw. o odcinkach siecznych:|PA|⋅|PC|=|PB|⋅|PD|
4⋅(8+12)=6⋅|PD||PD|=4⋅206=403

Cała długość
|BD|=|BP|+|PD|=6+403=18+403=583

Odpowiedź: Długość przekątnej |BD| wynosi 583 cm.

Przykład: Cięciwy AB i CD okręgu o środku S przecinają się w punkcie P. Wykaż, że trójkąty ACP i BPD są podobne.

>α=β - to kąty wierzchołkowe

Na podstawie twierdzenia o odcinkach siecznych mamy:
|PA|⋅|PB|=|PC|⋅|PD|x⋅y=k⋅m | dzielimy przez m i yxm=ky

W trójkątach ACP i BPD odpowiednie boki są proporcjonalne, a kąty zawarte między tymi bokami są równe - dlatego na mocy cechy bok-kąt-bok trójkąty ACP i BPD są podobne.

Komentarze

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *