Угол между хордой и касательной: теорема, доказательство и задачи ЕГЭ

Угол между хордой и касательной: теорема, доказательство и задачи ЕГЭ
Коротко

Угол между хордой и касательной, проведённой в точку касания, равен половине дуги, заключённой внутри этого угла.

  • Пример: хорда стягивает дугу 92°. Тогда угол при точке касания равен 92° : 2 = 46°.
  • Вписанный угол: этот же угол равен вписанному углу, опирающемуся на ту же дугу.
  • Определение: вписанный угол — это угол с вершиной на окружности, стороны которого пересекают окружность.
  • Взаимозаменяемость: формулировки взаимозаменяемы, вписанный угол тоже измеряется половиной дуги, на которую опирается.
  • Выбор: выбирай ту формулировку, что удобнее в конкретной задаче.

Как это спрашивают на экзамене

Типовые формулировки

В задачах по планиметрии с кратким ответом теорема встречается в трёх типовых формулировках.

«Хорда стягивает дугу заданной величины. Найдите угол между хордой и касательной в её конце».
«Угол между хордой и касательной известен. Найдите меньшую дугу».
«Касательные из одной точки пересекаются под данным углом. Найдите угол между касательной и хордой, соединяющей точки касания, или угол при центре».

Первые два типа решаются в одно действие: умножить или разделить на два.

Пример: дан угол 40°, и ты сразу получаешь дугу 80°.

Третий тип — нужен ещё один шаг: отрезки касательных равны и образуют равнобедренный треугольник, через него находят центральный угол или угол при хорде.

Теорема: как она записана в учебнике

В учебнике Атанасяна Л. С. и др. «Геометрия 7–9» тема относится к главе VIII «Окружность», §2 «Центральные и вписанные углы». Утверждение сформулировано как задача на доказательство:

«Прямая AM — касательная к окружности, AB — хорда этой окружности. Докажите, что угол MAB измеряется половиной дуги AB, расположенной внутри угла MAB».

Обрати внимание на оборот «измеряется половиной дуги». Так пишут в учебнике, и в развёрнутом решении лучше держаться этой формулировки.

Встречается и другая редакция того же утверждения:

«Угол между касательной и хордой, проведённой через точку касания, равен половине угловой величины дуги, заключённой между ними».

Есть формулировка через вписанный угол:

«Угол между касательной и хордой, выходящей из точки касания, равен вписанному углу, опирающемуся на ту же дугу».

Где искать тему в других учебниках:

  • У Мерзляка А. Г., Полонского В. Б., Якира М. С. в «Геометрии 8» тема находится в §9 «Центральные и вписанные углы».
  • В углублённом учебнике Мерзляка — Полякова для 8 класса ищи §9 «Применение свойств центральных и вписанных углов при решении задач», пункт «Свойство угла между касательной и хордой».

Касательная и хорда образуют в точке касания два смежных угла. Каждому соответствует своя дуга:

  • меньшему углу — меньшая дуга;
  • большему — большая.

Дальше в статье рассматриваем меньший угол и меньшую дугу, если в условии не сказано иное.

Из теоремы вытекают два следствия.

  1. Угол между касательной и хордой равен вписанному углу, опирающемуся на ту же дугу.
  2. Если хорда — диаметр, угол между ней и касательной равен 90°.

При таком соглашении искомый угол не превосходит 90°: он равен половине дуги внутри него, а меньшая дуга не больше 180°. Ровно 90° получается, только когда хорда — диаметр.

Если для меньшего угла у тебя вышло 100°, ищи ошибку в расчёте. Смежный с ним больший угол равен 180° минус меньший и измеряется половиной большей дуги.

Доказательство за четыре шага

Дана окружность с центром O, хорда AB и касательная AM в точке A. Требуется доказать, что угол MAB равен половине дуги AB, лежащей внутри него.

Шаг 1. Радиус, проведённый в точку касания, перпендикулярен касательной: ∠OAM = 90°.

Шаг 2. Треугольник AOB составлен из двух радиусов OA, OB и хорды AB. Он равнобедренный, так как OA = OB, и углы при основании AB у него равны.

Шаг 3. Центральный угол ∠AOB равен градусной мере дуги AB. Сумма углов треугольника равна 180°, отсюда каждый угол при основании равен (180° − ∠AOB) / 2.

Шаг 4. Угол MAB дополняет угол при основании до 90°: 90° − (180° − ∠AOB) / 2 = ∠AOB / 2, то есть половина дуги AB. Что и требовалось доказать.

Если тебе удобнее идти «от угла», запиши доказательство иначе:

  • Пусть ∠MAB = φ.
  • Тогда ∠OAB = 90° − φ, а центральный угол равен 180° − 2(90° − φ) = 2φ.
  • Центральный угол равен градусной мере дуги, и φ оказывается её половиной.

Таблица: дуга, угол между хордой и касательной, вписанный угол

Дуга внутри угла вдвое больше и угла при точке касания, и вписанного угла, опирающегося на эту дугу.

Пример: в строке с дугой 120° оба угла равны 60°.

Если сомневаешься в ответе, сверь его с таблицей.

Дуга Угол между хордой и касательной Вписанный угол на ту же дугу
60° 30° 30°
90° 45° 45°
92° 46° 46°
120° 60° 60°
180° (хорда — диаметр) 90° 90°

Разбор задания

Условие. Угол между хордой AB и касательной, проведённой в точке B, равен 32°. Найдите градусную меру меньшей дуги, стягиваемой хордой AB.

Решение. По теореме угол при точке касания измеряется половиной дуги, заключённой внутри угла. Если эта дуга равна x, то 32° = x / 2, откуда x = 64°.

Осталось проверить, что найдена меньшая дуга. Дуга 64° меньше 180°, вторая дуга равна 360° − 64° = 296°. Условие выполнено.

Ответ: 64

Теперь пример на третий тип.

Условие. Касательные PA и PB к окружности с центром O пересекаются под углом 50°. Найдите угол между касательной PA и хордой AB.

Решение.

  • Радиусы OA и OB перпендикулярны касательным, поэтому в четырёхугольнике OAPB два угла прямые и ∠AOB = 360° − 90° − 90° − 50° = 130°.
  • Центральный угол равен меньшей дуге AB, значит, дуга равна 130°.
  • Угол между касательной и хордой — её половина: 130° : 2 = 65°.
  • Проверка через равнобедренный треугольник PAB (PA = PB): углы при основании равны (180° − 50°) / 2 = 65°.

Ответ: 65

Ошибки, за которые снимают баллы

Умножение вместо деления и наоборот. Дана дуга — дели её на два. Дан угол — удваивай.

Перед записью ответа проверь себя: меньший угол при точке касания не больше 90°, а дуга внутри рассматриваемого меньшего угла не превосходит 180°.

Если в задаче про меньший угол у тебя вышло 130°, скорее всего, ты пересчитал не в ту сторону.

Не та дуга. Хорда делит окружность на две дуги, а в теореме участвует та, что лежит внутри угла. Спрашивают большую дугу? Сначала найди дугу внутри угла, потом вычти её из 360°.

Путаница с центральным углом. Центральный угол равен дуге целиком, угол при точке касания — её половине. Запись «угол равен дуге» в решении — ошибка даже при верной идее.

Перпендикуляр не к той хорде. Радиус перпендикулярен касательной в точке касания. К хорде он перпендикулярен быть не обязан, и переносить свойство касательной на хорду без обоснования нельзя.

Шпаргалка

  1. Угол между хордой и касательной = половина дуги внутри угла.
  2. Этот угол = вписанному углу, опирающемуся на ту же дугу.
  3. Дуга = удвоенный угол при точке касания.
  4. Хорда — диаметр ⟺ угол равен 90°.
  5. Для меньшего из двух смежных углов: угол не больше 90°, дуга внутри него не больше 180°.
  6. Радиус в точку касания перпендикулярен касательной: с этого начинается доказательство и большинство задач.

Проверь себя

Реши устно и сверься с ответами.

Хорда стягивает дугу 140°. Найдите угол между хордой и касательной в конце хорды. **

** 70

Угол между хордой и касательной равен 55°. Найдите меньшую дугу, стягиваемую хордой. **

** 110

Хорда — диаметр окружности. Чему равен угол между ней и касательной? **

** 90

Другие статьи по теме