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4. 切线长定理

圆及其相关性质 · 初三
讲清楚它是什么

定义 从圆外一点引圆的两条切线,它们的切线长相等,且该点与圆心的连线平分两切线的夹角。

从哪来 本知识点是初三圆的几何学习起点,不依赖图谱中记录的前置知识点,而是基于“切线的定义”(经过半径外端且垂直于半径的直线)及“全等三角形的判定(HL定理)”这一基础几何逻辑构建。

为什么 核心在于证明两个直角三角形全等。设圆外一点 $P$,切点为 $A, B$,圆心为 $O$。连接 $OA, OB, OP$。 1. 根据切线性质,$OA \perp PA$,$OB \perp PB$,故 $\triangle OAP$ 和 $\triangle OBP$ 均为直角三角形。 2. $OA = OB$(同圆半径相等),$OP = OP$(公共斜边)。 3. 根据 HL 定理,$\triangle OAP \cong \triangle OBP$。 4. 由全等性质直接得出对应边 $PA = PB$(切线长相等),对应角 $\angle APO = \angle BPO$($OP$ 平分夹角)。 这就是定理成立的几何本质:对称性带来的全等。

直观演示法
适合视觉型、空间想象力较强的学生。 操作:拿一枚硬币(代表圆)和一根细绳(代表切线)。将绳子一端固定在硬币边缘,拉直绳子另一端到桌面某点 $P$。让学生观察,无论怎么移动 $P$,只要保持绳子与硬币相切,从 $P$ 到两个切点的距离在视觉上是对称的。接着用直尺连接 $P$ 和圆心,让学生发现这条线正好把两个切点“夹”在中间,形成镜像对称。通过物理对称性建立直觉,再推导数学证明。
逻辑推导法
适合逻辑型、喜欢严谨推理的学生。 操作:直接列出已知条件($PA, PB$ 是切线),画出辅助线 $OA, OB, OP$。引导学生一步步写出证明过程: 1. 因为 $PA$ 切圆于 $A$,所以 $\angle OAP = 90^\circ$。 2. 因为 $PB$ 切圆于 $B$,所以 $\angle OBP = 90^\circ$。 3. 在 Rt$\triangle OAP$ 和 Rt$\triangle OBP$ 中,$OA=OB$(半径),$OP=OP$(公共边)。 4. 所以 Rt$\triangle OAP \cong$ Rt$\triangle OBP$ (HL)。 5. 所以 $PA=PB$,$\angle APO = \angle BPO$。 强调每一步的依据,强化“条件-结论”的逻辑链条。
模型构建法
适合抽象思维强、喜欢归纳总结的学生。 操作:将切线长定理抽象为“K型全等”或“双直角全等”模型。告诉学生,只要看到“圆外一点+两条切线”,脑海中立刻浮现出两个背靠背的直角三角形,且它们共用斜边。这个模型是解决后续“切线长计算”、“菱形判定”、“内切圆问题”的万能钥匙。让学生记住这个图形结构,而不是死记文字定理。
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练一道
基础题
已知 $PA, PB$ 是 $\odot O$ 的切线,切点分别为 $A, B$,$\angle APB = 60^\circ$,$PA = 4$。求 $\angle AOB$ 的度数及 $AB$ 的长。
变式
如图,$PA, PB$ 是 $\odot O$ 的切线,$A, B$ 为切点,$C$ 是劣弧 $AB$ 上一点,过 $C$ 作 $\odot O$ 的切线分别交 $PA, PB$ 于 $D, E$。若 $\odot O$ 的半径为 $2$,求 $\triangle PDE$ 的周长。
试试手自己判
检测题
如图,$PA, PB$ 是 $\odot O$ 的切线,$A, B$ 为切点,$C$ 是优弧 $AB$ 上一点。若 $\angle ACB = 50^\circ$,求 $\angle APB$ 的度数。
看答案和判分标准
答案:$80^\circ$
判对标准:
1. 学生能正确识别 $\angle ACB$ 是圆周角,$\angle AOB$ 是同弧所对圆心角,得出 $\angle AOB = 2 \times 50^\circ = 100^\circ$。(2分)
2. 学生能利用四边形 $OAPB$ 内角和为 $360^\circ$,或 $\triangle OAP \cong \triangle OBP$ 得出 $\angle AOP = 50^\circ$,从而在 Rt$\triangle OAP$ 中求出 $\angle APO = 40^\circ$。(2分)
3. 最后得出 $\angle APB = 2 \times 40^\circ = 80^\circ$。(1分)
*若学生直接用 $180^\circ - \angle AOB = 80^\circ$ 也是对的,因为四边形 $OAPB$ 中 $\angle OAP=\angle OBP=90^\circ$,故 $\angle APB + \angle AOB = 180^\circ$。
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