圆的基本性质

📘 ·
·半径、直径、弧

🎯 学习目标

  • 理解圆的半径、直径和弧的基本定义
  • 掌握半径与直径之间的数量关系
  • 能识别并区分优弧与劣弧

📚 核心概念

圆是由平面上到一个固定点(称为圆心)距离相等的所有点组成的图形。这个固定的距离叫做半径,通常用字母 rr 表示。连接圆上任意一点与圆心的线段就是半径。

直径是通过圆心并且两端都在圆上的线段,用字母 dd 表示。直径等于半径的两倍,即 d=2rd = 2r。反过来,半径也等于直径的一半:r=d2r = \frac{d}{2}

是圆上任意两点之间的部分。根据长度不同,弧分为劣弧(小于半圆的弧)和优弧(大于半圆的弧)。如果两点正好是直径的两个端点,那么它们把圆分成两个相等的半圆弧。

注意:同一个圆或等圆中,所有半径都相等,所有直径也都相等。这是解决许多圆相关问题的基础。

📝 关键公式

  • 直径与半径的关系d=2rd = 2r
    • 示例:若半径 r=5cmr = 5\,\text{cm},则直径 d=2×5=10cmd = 2 \times 5 = 10\,\text{cm}
  • 半径与直径的互换r=d2r = \frac{d}{2}
    • 示例:若直径 d=14cmd = 14\,\text{cm},则半径 r=142=7cmr = \frac{14}{2} = 7\,\text{cm}

💡 经典例题

例题1:一个圆的直径是12厘米,求它的半径。

  1. 已知直径 d=12cmd = 12\,\text{cm}
  2. 根据公式 r=d2r = \frac{d}{2},代入得 r=122=6r = \frac{12}{2} = 6
  3. 所以,半径是 6cm6\,\text{cm}

例题2:如图,圆上有两点 A 和 B,它们将圆分成两段弧。其中一段弧所对的圆心角是 8080^\circ,问这段弧是优弧还是劣弧?另一段弧是多少度?

  1. 整个圆周角为 360360^\circ
  2. 给定弧对应的圆心角是 8080^\circ,小于 180180^\circ,所以它是劣弧
  3. 另一段弧对应的圆心角为 36080=280360^\circ - 80^\circ = 280^\circ,大于 180180^\circ,因此是优弧
  4. 答:该弧是劣弧,另一段弧是 280280^\circ 的优弧。

⚠️ 易错点

  • 混淆半径和直径:误认为直径就是半径。记住:直径穿过圆心,且是半径的两倍。
  • 忽略单位一致性:计算时未统一单位(如 cm 和 m 混用),导致结果错误。务必先统一单位再计算。
  • 误判弧的类型:看到“长”的弧就以为是优弧,但判断依据是其所对圆心角是否大于 180180^\circ
  • 认为不同圆的半径相等:只有在“同圆或等圆”中,半径才相等。不同大小的圆半径不同。

💡 例题

1

方程(z+1)5=32z5,(z + 1)^5 = 32z^5,的所有复数根在复平面上表示的点都在一个圆上。求这个圆的半径。

对等式两边同时取模,得(z+1)5=32z5.|(z + 1)^5| = |32z^5|.。于是

z+15=32z5,|z + 1|^5 = 32|z|^5,

,所以z+1=2z.|z + 1| = 2|z|.。因此,z+12=4z2.|z + 1|^2 = 4|z|^2.

z=x+yi,z = x + yi,,其中xxyy为实数。则

x+yi+12=4x+yi2,|x + yi + 1|^2 = 4|x + yi|^2,

化为

(x+1)2+y2=4(x2+y2).(x + 1)^2 + y^2 = 4(x^2 + y^2).

化简得

3x22x+3y2+1=0.3x^2 - 2x + 3y^2 + 1 = 0.

配方得

(x13)2+y2=(23)2.\left( x - \frac{1}{3} \right)^2 + y^2 = \left( \frac{2}{3} \right)^2.

所以,该圆的半径是23.\boxed{\frac{2}{3}}.

2

求复数zz,使得

z1=z+3=zi.|z - 1| = |z + 3| = |z - i|.
  1. z=a+bi,z = a + bi,,其中aabb是实数。
  2. 代入得:
(a1)+bi=(a+3)+bi=a+(b1)i.|(a - 1) + bi| = |(a + 3) + bi| = |a + (b - 1)i|.
  1. 所以(a1)2+b2=(a+3)2+b2=a2+(b1)2.(a - 1)^2 + b^2 = (a + 3)^2 + b^2 = a^2 + (b - 1)^2.
  2. (a1)2+b2=(a+3)2+b2,(a - 1)^2 + b^2 = (a + 3)^2 + b^2,8a=8,8a = -8,,所以a=1.a = -1.
  3. 代入后方程变为:
4+b2=1+(b1)2.4 + b^2 = 1 + (b - 1)^2.
  1. 解得:b=1.b = -1.
  2. 因此,z=1i.z = \boxed{-1 - i}.

✏️ 练习

1

一个3453 - 4 - 5直角三角形的三个顶点,分别是三个两两外切的圆的圆心,如图所示。这三个圆的面积之和是多少?

[asy]unitsize(1cm); draw(Circle((1.8,2.4),1),linewidth(0.7)); draw(Circle((0,0),2),linewidth(0.7)); draw(Circle((5,0),3),linewidth(0.7)); draw((0,0)--(5,0)--(1.8,2.4)--cycle,linewidth(0.7)); label("AA",(1.8,2.4),N); label("BB",(0,0),SW); label("CC",(5,0),E); label("5",(2.5,0),S); label("4",(3.4,1.2),NE); label("3",(0.9,1.2),NW);

2

一个等边三角形的每条边长都是99个单位,它的外接圆面积是多少平方单位?用π\pi表示答案。

3

一个等边三角形的周长(单位:英寸)等于其外接圆面积(单位:平方英寸)。求该圆的半径(单位:英寸),结果用含π的最简根式表示。

4

一只小飞虫停在一间圆形房间天花板边缘上,房间半径为58英尺。它先沿直线爬过天花板到达对面边缘,并经过圆心;接着又沿直线爬到圆周上另一点(不经过圆心);最后再沿直线爬回起点。已知最后一段路程长80英尺,那么这只小飞虫全程一共爬了多少英尺?

5

线段AB\overline{AB}是半径为AB=24AB = 24的圆的一条直径。点CC(不与AABB重合)在该圆上。当点CC在圆上运动时,三角形ABC\triangle ABC的重心(质量中心)描出一条封闭曲线,但缺少两个点。这条曲线所围成区域的面积最接近的正整数是多少? (A)\indent25(B)\indent32(C)\indent50(D)\indent63(E)\indent75\textbf{(A)} \indent 25 \qquad \textbf{(B)} \indent 32 \qquad \textbf{(C)} \indent 50 \qquad \textbf{(D)} \indent 63 \qquad \textbf{(E)} \indent 75