初中几何 · 圆周角 · 分类讨论

顶点在走,角为什么不变?

固定一条弦,追踪一个角。

A和B留在圆上,P沿圆周移动。三角形不断变形,∠APB却可能保持不变。它到底依赖什么?

问题的来处约公元前300年 ·《几何原本》第三卷

动过很多次以后,还需要证明吗?

《几何原本》第三卷系统讨论圆。命题20与21把圆心角、圆周角和同一弓形中的角联系起来,观察到的“不变”由条件和推理支撑。

读一段背景,带着问题动手

《几何原本》第三卷系统讨论圆。命题20与21把圆心角、圆周角和同一弓形中的角联系起来,观察到的“不变”由条件和推理支撑。

古典几何用论证处理任意满足条件的图形,动态几何让我们更容易寻找规律,却不能用有限次拖动代替证明。同一条弦两侧的角不一定相等;必须说清顶点在哪一段弧上。

现在,换你来试固定A、B,在同一侧弧上取两个P,再跨到另一侧。把观察和“同弧”条件一起写进结论。

圆周角观测台

拖动 · 观察 · 解释

已知O为圆心,半径4 u;A固定,∠AOB=α;P在圆上且不与A、B重合。

研究同一条弦所对的圆周角,是否总相等?

先做一次自己的观察

固定α=120°,在长弧AB上手动选两个相距至少30°的位置,各核验一次,比较圆周角。数值相同是证据,还需要一般论证。

● 已知点● 绿色可动点┄ 金色辅助线紫色:不含P的截弧
OABP

拖动P,留意它在哪一段弧上。点聚焦后,← → 调整;Shift加速;Home/End到端点。

圆周角 ∠APB
—
不含P的弧AB
—
较小中心角 α
—
P所在弧
—

α 120° · P位置 240.0° · 圆周角 60.00°。读数为近似值,一般结论需看下方论证。

换个条件,再试一次

把P移到弦的另一侧,原来“角不变”的结论会怎样?

先预测,再用下面的按钮检查反例。预测按钮不会改变当前图形。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。恢复输入并重算,不恢复独立任务状态。

先留一组,再改变一个条件。

从“好像如此”到“为什么必然”

圆心在角内、边上或角外,怎样统一解释?

实验中的数值能帮你提出猜想。下面的论证解释适用条件内的一般关系。

展开一般论证
  1. 连接OA、OB、OP,得到等腰三角形OAP与OBP。半径相等,使每个三角形的两个底角相等。
  2. 先从圆心在圆周角一边的情形入手:利用等腰三角形底角与外角关系,得到同弧的圆心角是圆周角的两倍。圆心在角内时把两个角相加,在角外时作差。
  3. 统一结论:圆周角等于它所截、不含顶点P的弧所对圆心角的一半。P在不同侧弧时,截弧分别为α和360°−α,因此两角互补;α=180°时都为90°。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

同一条弦所对的圆周角,是否总相等?

换个条件,再试一次

把P移到弦的另一侧,原来“角不变”的结论会怎样?

看哪里?

二维拖动受约束的点并检查辅助线和读数;三维空间台同步同一平面构造,图形证明仍依据二维关系。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识圆周角 · 分类讨论中的图形与量;长度使用统一单位u。O为圆心,半径4 u;A固定,∠AOB=α;P在圆上且不与A、B重合。

先看现象:拖动P,留意它在哪一段弧上。

再做定量:连接OA、OB、OP,得到等腰三角形OAP与OBP。半径相等,使每个三角形的两个底角相等。 先从圆心在圆周角一边的情形入手:利用等腰三角形底角与外角关系,得到同弧的圆心角是圆周角的两倍。圆心在角内时把两个角相加,在角外时作差。 统一结论:圆周角等于它所截、不含顶点P的弧所对圆心角的一半。P在不同侧弧时,截弧分别为α和360°−α,因此两角互补;α=180°时都为90°。

模型、来源与核验边界

连接OA、OB、OP,得到等腰三角形OAP与OBP。半径相等,使每个三角形的两个底角相等。 先从圆心在圆周角一边的情形入手:利用等腰三角形底角与外角关系,得到同弧的圆心角是圆周角的两倍。圆心在角内时把两个角相加,在角外时作差。 统一结论:圆周角等于它所截、不含顶点P的弧所对圆心角的一半。P在不同侧弧时,截弧分别为α和360°−α,因此两角互补;α=180°时都为90°。

解析核验提示:α=120°时,P在长弧AB上,圆周角为60°;P换到短弧AB上,圆周角为120°。两角互补;P与A或B重合时圆周角未定义。

适用范围:α表示较小中心角,范围30°到180°,不总是当前圆周角的两倍。P到达弦端点时,一条角边长度为零,不能继续测角。图形数值不能替代上述分情况的论证。

Euclid’s Elements · 第三卷命题20(圆心角与圆周角)(延伸阅读;本卡解析基准尚未获外部审阅) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。

同一装置,换个角度

空间观察台

上方二维实验负责接线、构造和测量;这里同步呈现当前几何。平面对象置于空间台面,厚度、球体大小及变形显示均为示意,不新增测量值。

三维按需打开;拖动旋转、滚轮缩放,也可用方向键。二维与测量始终可用。