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定理已证明

圆周角定理

命题陈述

设 AA、BB、CC 为圆心是 OO 的圆周上的点。圆周角 ∠ACB\angle ACB 等于同弧 ABAB 所对圆心角 ∠AOB\angle AOB 的一半,即 ∠ACB=12∠AOB\angle ACB = \tfrac{1}{2}\angle AOB。因此,同弧所对的圆周角都相等,且半圆所对的圆周角必为直角(90∘90^\circ)。

为什么成立?

由于圆周上每一点到圆心 OO 的距离都等于半径 RR,从顶点 CC 连向 AA 或 BB 的任意一条弦都会与两条半径构成等腰三角形。圆心 OO 处的外角恰好等于该等腰三角形两个相等底角之和,因此从圆周远端观察弧 ABAB 的视角总是圆心 OO 处视角的一半。

证明思路

先设过点 CC 和 OO 的直径 CDCD 是圆周角的一条边,即 B=DB = D。此时 △OAC\triangle OAC 是满足 OA=OCOA = OC 的等腰三角形,故 ∠OCA=∠OAC\angle OCA = \angle OAC,而在点 OO 处的外角满足 ∠AOB=∠OCA+∠OAC=2∠ACB\angle AOB = \angle OCA + \angle OAC = 2\angle ACB。对于一般情形,作直径 CDCD,再将弧 ADAD 与弧 BDBD 对应的两个含直径情形相加或相减,即可得到 ∠ACB=12∠AOB\angle ACB = \tfrac{1}{2}\angle AOB。

证明者

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分步证明

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参考文献

  1. Euclid (translated by Thomas L. Heath) (1956). The Thirteen Books of Euclid's Elements, Vol. 2 (Book III, Propositions 20–21, 31)
  2. H. S. M. Coxeter, S. L. Greitzer (1967). Geometry Revisited · DOI:10.5948/UPO9780883859346