Касательная к окружности

Касательная к окружности и ее свойства — важная тема. Без ее понимания нельзя перейти к более сложным вопросам — решению уравнений с касательной к графику функций, а ведь именно такие задания есть в тестах ОГЭ и ЕГЭ.
  • Автор

    Яна Кононенко

  • Рубрика

    8 класс

  • Дата публикации

    29.06.2021

  • Просмотры

    352

Касательная к окружности, секущая и хорда — в чем разница

В самом названии касательной отражается суть понятия — это прямая, которая не пересекает окружность, а лишь касается ее в одной точке. Взглянув на рисунок окружности ниже, несложно догадаться, что точку касания от центра отделяет расстояние, в точности равное радиусу.


Касательная окружности

Касательная к окружности — это прямая, имеющая с ней всего одну общую точку.

Если мы проведем прямую поближе к центру окружности — так, чтобы расстояние до него было меньше радиуса — неизбежно получится две точки пересечения. Такая прямая называется секущей, а отрезок, расположенный между точками пересечения, будет хордой (на рисунке ниже это ВС ).


Секущая к окружности

Секущая к окружности — это прямая, которая пересекает ее в двух местах, т. е. имеет с ней две общие точки. Часть секущей, расположенная внутри окружности, будет называться хордой.

Свойства касательной к окружности

Выделяют четыре свойства касательной, которые необходимо знать для решения задач. Два из них достаточно просты и легко доказуемы, а вот еще над двумя придется немного подумать. Рассмотрим все по порядку.


  1. Касательная к окружности и радиус, проведенный в точку касания, перпендикулярны.

  2. Не будем принимать это на веру, попробуем доказать. Итак, у нас даны:

    • окружность с центральной точкой А;
    • прямая а — касательная к ней;
    • радиус АВ, проведенный к касательной.

    Докажем, что касательная и радиус АВ перпендикулярны, т.е. аАВ.

    Пойдем от противного — предположим, что между прямой а и радиусом АВ нет прямого угла и проведем настоящий перпендикуляр к касательной, назвав его АС.

    В таком случае наш радиус АВ будет считаться наклонной, а наклонная, как известно, всегда длиннее перпендикуляра. Получается, что АВ > АС. Но если бы это было на самом деле так, наша прямая а пересекалась бы с окружностью два раза, ведь расстояние от центра А до нее — меньше радиуса. Но по условию задачи а — это касательная, а значит, она может иметь лишь одну точку касания.

    Итак, мы получили противоречие. Делаем вывод, что настоящим перпендикуляром к прямой а будет вовсе не АС, а АВ.


    Свойства касательной к окружности 1

    Задача

    У нас есть окружность, центр которой обозначен О. Из точки С проведена прямая, и она касается этой окружности в точке А. Известно, что ∠АСО = 28°. Найдите величину дуги АВ.

    Решение:

    Мы знаем, что касательная АС ⟂ АО, следовательно ∠САО = 90°.

    Поскольку нам известны величины двух углов треугольника ОАС, не составит труда найти величину и третьего угла.

    ∠АОС = 180° - ∠САО - ∠АСО = 180° - 90° - 28° = 62°

    Поскольку ∠АОС лежит в центре окружности, можно вспомнить свойство центрального угла — как известно, он равен дуге, на которую опирается. Следовательно, ⌒АВ = 62°.


    Свойства касательной к окружности 2
  3. Если провести две касательных к окружности из одной точки, то их отрезки от этой начальной точки до точки касания будут равны.

  4. Докажем и это свойство на примере. Итак, у нас есть окружность с центром А, давайте проведем к ней две касательные из точки D. Обозначим эти прямые как ВD и CD . А теперь выясним, на самом ли деле BD = CD.

    Для начала дополним наш рисунок, проведем еще одну прямую из точки D в центр окружности. Как видите, у нас получилось два треугольника: ABD и ACD . Поскольку мы уже знаем, что касательная и радиус к ней перпендикулярны, углы ABD и ACD должны быть равны 90°.


    Свойства касательной к окружности 3

    Итак, у нас есть два прямоугольных треугольника с общей гипотенузой AD. Учитывая, что радиусы окружности всегда равны, мы понимаем, что катеты AB и AC у этих треугольников тоже одинаковой длины. Следовательно, ΔABD = ΔACD. Значит, оставшиеся катеты, а это как раз наши BD и CD (отрезки касательных к окружности), аналогично должны быть равны.

    Важно: прямая, проложенная из стартовой точки до центра окружности (в нашем примере это AD), делит угол между касательными пополам.

    Задача 1

    У нас есть окружность с радиусом 4,5 см. К ней из точки D, удаленной от центра на 9 см, провели две прямые, которые касаются окружности в точках B и C. Определите градусную меру угла, под которым пересекаются касательные.

    Решение

    Для этой задачи вполне подойдет уже рассмотренный выше рисунок окружности с радиусами АВ и АC. Поскольку касательная ВD перпендикулярна радиусу АВ , у нас есть прямоугольный треугольник АВD. Зная длину его катета и гипотенузы, определим величину ∠BDA.

    sin BDA = AB : AD = 4,5 : 9 = 0,5

    ∠BDA = 30°

    Мы знаем, что прямая, проложенная из точки до центра окружности, делит угол между касательными, проложенными из этой же точки, пополам. Другими словами:

    ∠BDC = ∠BDA × 2 = 30° × 2 = 60°

    Итак, угол между касательными составляет 60°.


    Свойства касательной к окружности 4

    Задача 2

    К окружности с центром О провели две касательные КМ и КN. Известно, что ∠МКN между ними равен 50°. Требуется определить величину угла ∠NМК.

    Решение

    Согласно вышеуказанному свойству мы знаем, что КМ = КN. Следовательно, треугольник МNК является равнобедренным.

    Углы при его основании будут равны, т.е. ∠МNК = ∠NМК.

    ∠МNК = (180° - ∠МКN) : 2 = (180° - 50°) : 2 = 65°


    Свойства касательной к окружности 5
  5. Соотношение между касательной и секущей: если они проведены к окружности из одной точки, то квадрат расстояния до точки касания равен произведению длины всей секущей на ее внешнюю часть.

  6. Данное свойство намного сложнее предыдущих, и его лучше записать в виде уравнения.

    Начертим окружность и проведем из точки А за ее пределами касательную и секущую. Точку касания обозначим В, а точки пересечения — С и D. Тогда CD будет хордой, а отрезок AC — внешней частью секущей.

    AB2 = AD × AC


    Свойства касательной к окружности 6

    Задача 1

    Из точки М к окружности опускаются две прямые, пусть одна из них будет касательной МA, а вторая — секущей МB. Известно, что хорда ВС = 12 см, а длина всей секущей МB составляет 16 см. Найдите длину касательной к окружности МA.

    Решение

    Исходя из соотношения касательной и секущей МА 2 = МВ × МС.

    Найдем длину внешней части секущей:

    МС = МВ - ВС = 16 - 12 = 4 (см)

    МА2 = МВ × МС = 16 х 4 = 64

    МА = √ 64= 8 (см)


    Свойства касательной к окружности 7

    Задача 2

    Дана окружность с радиусом 6 см. Из некой точки М к ней проведены две прямые — касательная МA и секущая МB . Известно, что прямая МB пересекает центр окружности O. При этом МB в 2 раза длиннее касательной МA . Требуется определить длину отрезка МO.

    Решение

    Допустим, что МО = у, а радиус окружности обозначим как R.

    В таком случае МВ = у + R, а МС = у – R.

    Поскольку МВ = 2 МА, значит:

    МА = МВ : 2 = (у + R) : 2

    Согласно теореме о касательной и секущей, МА2 = МВ × МС.

    Значит:

    (у + R)2 : 4 = (у + R) × (у - R)

    Сократим уравнение на (у + R) и получим:

    (у + R) : 4 = (у - R)

    у = 5R : 3

    Поскольку R = 6, у = 5R : 3 = 30 : 3 = 10 (см).


    Свойства касательной к окружности 8
  7. Угол между хордой и касательной, проходящей через конец хорды, равен половине дуги, расположенной между ними.

Это свойство тоже стоит проиллюстрировать на примере: допустим, у нас есть касательная к окружности, точка касания В и проведенная из нее хорда . Отметим на касательной прямой точку C, чтобы получился угол AВC.

∠АВС = ½ ⌒АВ


Свойства касательной к окружности 9

Задача 1

Угол АВС между хордой АВ и касательной ВС составляет 32°. Найдите градусную величину дуги между касательной и хордой.

Решение

Согласно свойствам угла между касательной и хордой, ∠АВС = ½ ⌒АВ.

⌒АВ = ∠АВС × 2 = 32° × 2 = 64°


Свойства касательной к окружности 10

Задача 2

У нас есть окружность с центром О, к которой идет прямая, касаясь окружности в точке K. Из этой точки проводим хорду KM, и она образует с касательной угол MKB, равный 84°. Давайте найдем величину угла ОMK.

Решение

Поскольку ∠МКВ равен половине дуги между KM и КВ, следовательно:

⌒КМ = 2 ∠МКВ = 2 х 84° = 168°

Обратите внимание, что ОМ и ОK по сути являются радиусами, а значит, ОМ = ОК. Из этого следует, что треугольник ОMK равнобедренный.

∠ОКМ = ∠ОМК = (180° - ∠КОМ) : 2

Так как центральный угол окружности равен угловой величине дуги, на которую он опирается, то:

∠КОМ = ⌒КМ = 168°

∠ОМК = (180° - ∠КОМ) : 2 = (180° - 168°) : 2 = 6°


Свойства касательной к окружности 11
 
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0