圓的性質(一)|角、弧及弦

文章摘要

本文涵蓋 圓的性質 的核心技巧—— 這是 DSE 卷一甲部(2)及乙部經常出現的課題,佔 4–7 分。 你將學習圓的基本元素的 定義(圓心、半徑、弦、弧、扇形)、 圓心角、弧與弦的關係、 圓周角定理、圓內接四邊形 的性質, 以及如何運用這些定理進行幾何證明。文章包括逐步例題、DSE 應試技巧、 練習題。這些是 必備技能, 在 DSE 試卷中經常出現。


學習目標

完成本文後,你應能夠:

  • 定義 圓的關鍵元素:圓心、半徑、弦、弧、扇形、切線。
  • 應用 圓心角、弧與弦 的關係(等圓心角 → 等弧 → 等弦)。
  • 應用 圓周角定理 及其推論。
  • 應用 半圓上的角 定理(直徑所對的角為 90°)。
  • 應用 圓內接四邊形 的性質(對角互補、外角定理)。
  • DSE 風格的圓幾何問題。

1. 引言:

圓的幾何 每年 都在 DSE 卷一甲部(2)及乙部出現。題目可能要求你:

  • 運用圓定理求未知角或長度
  • 運用圓的性質證明幾何關係
  • 應用圓內接四邊形的性質
  • 解涉及圓的綜合幾何問題

這些都是必備技能,亦會在進階幾何課題中出現。

DSE 應試提示

圓的性質的題目通常以 短答題 形式出現在甲部(2),每題 3–4 分;在乙部則以 較長證明題 形式出現,每題 5–7 分。

2. 基本定義

是與一個固定點(稱為 圓心)距離相等的點的集合。 主要元素包括:

  • 半徑:圓心到圓上任意點的距離。
  • 弦:連接圓上兩點的線段。
  • 直徑:通過圓心的弦(最長的弦)。
  • 弧:圓周的一部分。
  • 扇形:由兩條半徑和一段弧圍成的區域。
  • 圓心角:頂點在圓心的角。
  • 圓周角:頂點在圓上的角。

3. 圓心角、弧與弦的關係

在同圓或等圓中:

  • 等圓心角等弧
  • 等弧等弦
  • 等弦等圓心角

例題

題目:在圓中,圓心角 \( \angle AOB = 60^\circ \)。求弧 \( AB \) 的度數。

題解

弧的度數等於其圓心角的度數。

答案:\( AB = 60^\circ \)

4. 圓周角定理

圓周角定理 指出:

  • 圓周角等於其所對弧的 一半
  • 同弧上的 圓周角相等

例題

題目:在圖中,\( \angle ABC = 40^\circ \)。求弧 \( AC \) 的度數。

題解

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

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

答案:\( AC = 80^\circ \)

5. 半圓上的角

定理:半圓上的圓周角是 直角(90°)。 即若 \( AB \) 為直徑,\( C \) 在圓上,則 \( \angle ACB = 90^\circ \)

例題

題目:\( AB \) 為圓的直徑,點 \( C \) 在圓上。若 \( \angle CAB = 35^\circ \),求 \( \angle ABC \)

題解

\( AB \) 為直徑,\( \angle ACB = 90^\circ \)

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. 圓內接四邊形

圓內接四邊形 是四個頂點都在圓上的四邊形。 主要性質:

  • 對角互補\( \angle A + \angle C = 180^\circ \)\( \angle B + \angle D = 180^\circ \)
  • 圓內接四邊形的 外角 等於其 內對角

例題

題目:在圓內接四邊形 \( ABCD \) 中,\( \angle A = 70^\circ \)\( \angle C = 110^\circ \)。這是否可能?解釋。

題解

在圓內接四邊形中,對角互補。

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

答案:可能,因為對角之和為 180°。

7. 例題

例題 1:圓周角

題目:在圖中,\( O \) 為圓心。\( \angle AOB = 100^\circ \)。求 \( \angle ACB \)

題解

\( \angle ACB \) 是圓周角,對弧 \( AB \)

圓心角 \( \angle AOB = 100^\circ \) 對同一弧。

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

答案:\( 50^\circ \)

例題 2:圓內接四邊形

題目:在圓內接四邊形 \( ABCD \) 中,\( \angle A = 3x \)\( \angle C = 2x + 20^\circ \)。求 \( x \)

題解

圓內接四邊形中,對角互補。

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

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

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

答案:\( x = 32^\circ \)

例題 3:證明題

題目:證明若 \( ABCD \) 是圓內接四邊形,則 \( \angle ABD = \angle ACD \)

題解

在圓內接四邊形中,四個頂點都在同一圓上。

\( \angle ABD \)\( \angle ACD \) 都是圓周角,對 同一弧 \( AD \)

同弧上的圓周角相等。

答案:\( \angle ABD = \angle ACD \)(證明完畢)。

8. DSE 風格練習題

甲部(2)及乙部風格

題目 1 MC
在圓中,圓心角 \( \angle AOB = 80^\circ \)。弧 \( AB \) 的度數是:
A. \( 40^\circ \)     B. \( 80^\circ \)     C. \( 160^\circ \)     D. \( 280^\circ \)

題目 2 MC
在圖中,\( O \) 為圓心。\( \angle ABC = 35^\circ \)。求 \( \angle AOC \)
A. \( 35^\circ \)     B. \( 70^\circ \)     C. \( 17.5^\circ \)     D. \( 105^\circ \)

題目 3 短答
在圓內接四邊形 \( ABCD \) 中,\( \angle A = 85^\circ \)。求 \( \angle C \)

題目 4 短答
\( AB \) 為直徑,\( C \) 在圓上。若 \( \angle BAC = 28^\circ \),求 \( \angle ABC \)

題目 5 MC
以下哪項 不是 圓內接四邊形的性質?
A. 對角互補
B. 外角等於內對角
C. 所有角相等
D. 頂點在圓上

9. 題解

題目 1: B. \( 80^\circ \)
弧的度數等於其圓心角的度數。
題目 2: B. \( 70^\circ \)
\( \angle ABC \) 是圓周角,對弧 \( AC \),所以圓心角 \( \angle AOC = 2 \times 35^\circ = 70^\circ \)
題目 3: \( 95^\circ \)
圓內接四邊形中對角互補:\( 85^\circ + \angle C = 180^\circ \)\( \angle C = 95^\circ \)
題目 4: \( 62^\circ \)
\( AB \) 為直徑,\( \angle ACB = 90^\circ \)。所以 \( 28^\circ + 90^\circ + \angle ABC = 180^\circ \)\( \angle ABC = 62^\circ \)
題目 5: C. 所有角相等
圓內接四邊形中,只有對角互補,並非所有角相等。

基礎練習

點擊下列鏈接查閱:
 練習編 - 圓的性質(一)|角、弧及弦

重點總結

你必須記住的重點
  • 圓心角 = 弧的度數。
  • 圓周角 = 所對弧的一半。
  • 半圓上的角 = 90°(直徑 → 直角)。
  • 圓內接四邊形:對角互補;外角等於內對角。
  • 等弦等弧等圓心角
  • 這課題保證在 DSE 卷一甲部(2)及乙部有 4–7 分——掌握這些技巧!

複習清單

  • 圓心角 = 弧的度數
  • 圓周角 = 弧的一半
  • 半圓上的角 = 90°
  • 等弦 ↔ 等弧 ↔ 等圓心角
  • 圓內接四邊形:對角互補
  • 圓內接四邊形:外角 = 內對角
  • 運用角追蹤進行證明