Математика · тема 15 из 21 · ОГЭ № 16–17 · ЕГЭ № 1, 17

Окружность: касательная, хорды, вписанная и описанная окружности

Свойства касательных, хорд и углов в окружности, формулы радиусов вписанной и описанной окружностей и признаки вписанных и описанных четырёхугольников.

15 мин чтенияОГЭЕГЭ22 задания

Коротко

главное за 30 секунд
  1. Радиус, проведённый в точку касания, перпендикулярен касательной; отрезки касательных из одной точки равны
  2. Касательная и секущая: $AT^2=AB\cdot AC$
  3. Хорды: $AE\cdot EB=CE\cdot ED$; вписанный угол равен половине дуги
  4. Вписанная окружность: $r=\dfrac Sp$; у прямоугольного треугольника $r=\dfrac{a+b-c}{2}$
  5. Описанная окружность: $R=\dfrac{abc}{4S}=\dfrac{a}{2\sin A}$; у четырёхугольника $\angle A+\angle C=180^\circ$

Касательная и секущая

Касательная имеет с окружностью одну общую точку. Радиус в точку касания образует с ней прямой угол — поэтому «расстояние от центра до точки вне окружности» почти всегда находится по теореме Пифагора.

Из точки $A$ вне окружности проведены касательные $AB$, $AC$: $AB=AC$ и $OA$ — биссектриса угла $BAC$.
Касательная $AT$ и секущая $ABC$: $$AT^2=AB\cdot AC.$$

Пример. Радиус окружности 5, касательная $AB=12$. Найдите $OA$.

$OB\perp AB$, поэтому $OA=\sqrt{5^2+12^2}=13$.

В формуле касательной и секущей $AC$ — вся секущая от точки $A$ до дальнего конца, а не её часть внутри окружности. Если $AB=4$, $BC=5$, то $AC=9$ и $AT^2=4\cdot9=36$.
Проверь себя. Из точки $A$ проведена касательная $AB=12$ к окружности радиуса 5. Найдите расстояние от $A$ до центра.

Ответ: 13

OABC51213OA = √(5² + 12²) = 13AB = AC, OA — биссектриса ∠AATBCO645AT² = AB · AC6² = 4 · (4 + 5) = 36
Рис. 1. Слева: радиус в точку касания перпендикулярен касательной, OA = √(5² + 12²) = 13, отрезки касательных равны. Справа: AT² = AB · AC, где AC — вся секущая

Хорды и углы

Две пересекающиеся хорды делятся точкой пересечения на отрезки с одинаковым произведением. А угловые величины связаны с дугами.

Хорды $AB$ и $CD$ пересекаются в $E$: $AE\cdot EB=CE\cdot ED$.
Центральный угол равен дуге; вписанный угол равен половине дуги; вписанные углы на одну дугу равны; угол на диаметр — $90^\circ$; угол между касательной и хордой равен половине дуги, которую стягивает хорда.

Пример. $AE=4$, $EB=9$, $CE=6$. Найдите $ED$.

$4\cdot9=6\cdot ED\Rightarrow ED=6$.

Угол в $90^\circ$ опирается на диаметр, а не на любую хорду. И вписанный угол в $2$ раза меньше центрального: если дуга $100^\circ$, то вписанный угол $50^\circ$.
Проверь себя. Хорды $AB$ и $CD$ пересекаются в точке $E$, $AE=4$, $EB=9$, $CE=6$. Найдите $ED$.

Ответ: 6

ABCDE4966AE · EB = CE · ED4 · 9 = 6 · EDED = 36 : 6 = 6
Рис. 2. Пересекающиеся хорды: произведения отрезков равны, AE · EB = CE · ED, то есть 4 · 9 = 6 · 6

Вписанная окружность

В любой треугольник можно вписать окружность; её центр лежит в точке пересечения биссектрис, а радиус — это расстояние до сторон. Четырёхугольник описан около окружности, если суммы его противоположных сторон равны.

$$r=\frac{S}{p}\ (p\text{ — полупериметр}),\qquad r=\frac{a+b-c}{2}\ \text{(прямоугольный, }c\text{ — гипотенуза)}.$$ Описанный четырёхугольник: $AB+CD=BC+AD$.

Пример. В трапецию с основаниями 4 и 16 вписана окружность, трапеция равнобедренная. Найдите радиус.

Боковая сторона: $\dfrac{4+16}{2}=10$. Высота: $\sqrt{10^2-6^2}=8$. Диаметр окружности равен высоте: $r=4$.

Формула $r=\dfrac{a+b-c}{2}$ верна только для прямоугольного треугольника, где $c$ — гипотенуза. Для общего случая используйте $r=\dfrac Sp$.
Проверь себя. Стороны треугольника 13, 14, 15, его площадь 84. Найдите радиус вписанной окружности.

Ответ: 4

ADBC228828282rAB + CD = BC + AD10 + 10 = 4 + 16h = √(10² − 6²) = 8r = h / 2 = 46 = (16 − 4) / 2
Рис. 3. Окружность, вписанная в равнобедренную трапецию с основаниями 4 и 16: отрезки касательных 2 и 8 дают боковую сторону 10, высота 8 = 2r, r = 4

Описанная окружность и вписанный четырёхугольник

Около любого треугольника можно описать окружность: центр лежит в точке пересечения серединных перпендикуляров. Около четырёхугольника окружность описывают не всегда — только если сумма его противоположных углов равна $180^\circ$.

$$R=\frac{abc}{4S}=\frac{a}{2\sin A}.$$ Прямоугольный треугольник: $R=\dfrac c2$. Вписанный четырёхугольник: $\angle A+\angle C=180^\circ$, $\angle B+\angle D=180^\circ$.

Пример. В $\triangle ABC$: $BC=10$, $\angle A=30^\circ$. Тогда $R=\dfrac{10}{2\sin30^\circ}=\dfrac{10}{2\cdot0{,}5}=10$.

Параллелограмм, не являющийся прямоугольником, и ромб (не квадрат) вписать в окружность нельзя — у них противоположные углы равны, а не дополняют друг друга до $180^\circ$.
100°A75°B80°C105°D100° + 80° = 75° + 105° = 180°ABCORRгипотенуза AB — диаметр, R = c / 2
Рис. 4. Слева: у вписанного четырёхугольника ∠A + ∠C = ∠B + ∠D = 180°. Справа: центр окружности, описанной около прямоугольного треугольника, — середина гипотенузы, R = c / 2
Практика

Закрепите тему: 22 задания для ОГЭ и ЕГЭ

От простых к сложным: базовый уровень — 6, повышенный — 12, высокий — 4. Мгновенная проверка, подсказки, подробные решения и тренажёр ошибок.

Решать задания по теме Флеш-карточки