圆幂定理模型:相交弦、切割线与割线

圆幂定理模型统一给出点与圆的位置关系中的线段乘积:相交弦、切割线、割线三种情形,线段乘积为定值(幂),是圆中线段计算的核心。

结构:圆内一点 PP,弦 ABAB、CDCD 交于 PP,A,B,C,DA,B,C,D 在圆上。

标准形:点与圆的位置关系中,过点的直线与圆交于两点,线段乘积为定值。

适用前提与边界条件

  1. 点必须在圆内(相交弦)、圆上(切线长)或圆外(切割线、割线),三种情形公式不同
  2. 线段乘积为定值(幂),与直线方向无关,只与点到圆心距离有关

求解策略

  1. 定位:判断点在圆内、圆上还是圆外
  2. 选公式:相交弦、切割线或割线
  3. 列乘积:写出线段乘积等式
  4. 求解:代入已知线段求未知线段

模型结构

如图,圆内一点 ,两条弦 、 交于 ,形成相交弦模型。

ABPCD
弦 AB、CD 交于圆内一点 P,PA·PB = PC·PD

核心结论与推导

结论(圆幂定理):

  • 相交弦: 在圆内,
  • 切割线: 在圆外, 为切线, 为割线,则
  • 割线: 在圆外,两割线 、,则

推导(相交弦):连接 、。(对顶角),(同弧 上的圆周角),故 ,得

典例精析

例:圆内两弦 、 交于 ,,,。求 。

解:由相交弦定理,,即 ,解得 。

常见变式

  1. 切线长求线段:切线长平方等于割线乘积,用于求切线或割线段。
  2. 逆定理判共圆:若 ,可反推四点共圆。
  3. 幂的坐标计算:点 对圆 的幂为 。

对比与联系

情形点的位置公式
相交弦圆内
切割线圆外
割线圆外
切线长圆外两切线相等

正例与反例

✅ 正例

  • 圆内一点 PP,两弦 ABAB、CDCD 交于 PP,则 PA⋅PB=PC⋅PDPA\cdot PB=PC\cdot PD

❌ 反例

  • 点在圆上时幂为零,不能用相交弦公式

高频误解与考试易错

  • 三种情形公式混淆:相交弦是 PA⋅PB=PC⋅PDPA\cdot PB=PC\cdot PD,切割线是 PA2=PB⋅PCPA^2=PB\cdot PC,割线是 PA⋅PB=PC⋅PDPA\cdot PB=PC\cdot PD
  • 线段方向看错:切割线中切线段平方等于「整条割线段」乘「圆外部分」
  • 幂的正负不辨:点在圆内幂为负,圆上为零,圆外为正

常见问题

圆幂定理三种情形怎么记?
相交弦(点在圆内):PA⋅PB=PC⋅PDPA\cdot PB=PC\cdot PD;切割线(点在圆外):PA2=PB⋅PCPA^2=PB\cdot PC(PAPA 为切线);割线(点在圆外):PA⋅PB=PC⋅PDPA\cdot PB=PC\cdot PD。统一记忆:「线段乘积为定值」。
圆幂定理的证明思路是什么?
三种情形都归结为相似三角形:相交弦由对顶角加圆周角证相似;切割线由弦切角加公共角证相似;割线由圆内接四边形外角证相似。相似比即得线段乘积相等。
圆幂定理有什么用?
求圆中线段长、证线段乘积相等、判定四点共圆(逆定理)、计算点到圆的幂。

依据与出处

  • 人教版(2024 审定)九年级上册 第二十九章《圆》、九年级下册第三十一章《相似》(2026 秋起使用;圆幂定理为教材拓展模型,以圆周角与相似证明)