垂徑定理

數學幾何(圓)中的定理

垂徑定理是數學幾何(圓)中的一個定理,它的通俗的表達是:垂直於弦的直徑平分弦且平分這條弦所對的兩條弧。數學表達為:如圖,直徑DC垂直於弦AB,則AE=EB,弧AD等於弧BD(包括優弧與劣弧),半圓CAD=半圓CBD。

定理定義


垂直於弦的直徑平分這條弦,並且平分弦所對的兩條弧。
一條直線,在下列5條中只要具備其中任意兩條作為條件,就可以推出其他三條結論。稱為知二得三(知二推三)。
平分弦所對的優弧
平分弦所對的劣弧(前兩條合起來就是:平分弦所對的兩條弧)
平分弦(不是直徑)
垂直於弦
過圓心
1.
平分弦所對的優弧
2.
平分弦所對的劣弧(前兩條合起來就是:平分弦所對的兩條弧)
3.
平分弦(不是直徑)
4.
垂直於弦
5.
過圓心

數學證明


如圖,在⊙O中,DC為直徑, AB是弦,AB⊥DC於點E,AB、CD交於E,求證:AE=BE,弧AC=弧BC,弧AD= 弧BD
證明圖示
連接OA、OB分別交⊙O於點A、點B
∵OA、OB是⊙O的半徑
∴OA=OB
∴△OAB是等腰三角形
∵AB⊥DC
∴AE=BE,∠AOE=∠BOE(等腰三角形三線合一
∴弧AD=弧BD,∠AOC=∠BOC
∴弧AC=弧BC
垂徑定理圖示
垂徑定理圖示

推導定理


原本命題,其中CD垂直於直線AB
原本命題,其中CD垂直於直線AB
推論一:平分弦(非直徑)的直徑垂直於這條弦,並且平分這條弦所對的兩段弧。
幾何語言:∵DC是直徑,AE=EB
∴直徑DC垂直於弦AB,劣弧AD等於劣弧BD,優弧ACO=優弧BCO
推論二:弦的垂直平分線經過圓心,並且平分這條弦所對的弧。
幾何語言:∵DC垂直AB,AE=EB
∴DC是圓的直徑,劣弧AD等於劣弧BD,優弧ACO=優弧BCO
推論三:平分弦所對的一條弧的直徑垂直平分這條弦,並且平分這條弦所對的另一條弧。
推論四:在同圓或者等圓中,兩條平行弦所夾的弧相等。

定理簡史


歐幾里得(古希臘數學家 希臘文:Ευκλειδης. ,公元前330年~公元前275年,)幾何原本第I卷中的第12個命題實際即為垂徑定理,這可能是最早的有關於垂徑定理的記載。

定理意義


垂徑定理是圓的重要性質之一,它是證明圓內線段、角相等、垂直關係的重要依據,也為圓中的計算、證明和作圖提供了依據、思路和方法。