定义 从圆外一点引割线,该点到两交点距离之积为定值,等于该点切线长的平方。
从哪来 本知识点为初三几何起点,不依赖图谱中记录的前置知识,直接基于圆的基本性质(如垂径定理、勾股定理)及相似三角形判定进行推导。
为什么 核心逻辑是“相似三角形对应边成比例”。
设圆外一点 $P$,引两条割线 $PAB$ 和 $PCD$($A,C$ 为近点,$B,D$ 为远点)。
连接 $AC$ 和 $BD$。
因为 $\angle P$ 是公共角,且圆内接四边形 $ABDC$ 的外角 $\angle PAC$ 等于内对角 $\angle PDB$(或同弧所对圆周角相等推导),所以 $\triangle PAC \sim \triangle PDB$。
由相似得:$\frac{PA}{PD} = \frac{PC}{PB}$,即 $PA \cdot PB = PC \cdot PD$。
若其中一条割线退化为切线 $PT$($T$ 为切点),则 $PA$ 与 $PB$ 重合为 $PT$,故 $PT^2 = PA \cdot PB$。
这解释了为什么积是定值:它只取决于点 $P$ 到圆心的距离和半径,与割线方向无关。
直观演示法**
**适合学生
空间想象力强、喜欢动手操作、对抽象符号敏感的学生。
操作:
1. 用圆规画一个圆,定点 $P$ 在圆外。
2. 用直尺过 $P$ 画一条割线,量出 $PA$ 和 $PB$,计算乘积 $S_1$。
3. 改变角度,再画一条割线,量出 $PC$ 和 $PD$,计算乘积 $S_2$。
4. 让学生发现 $S_1 \approx S_2$。
5. 再画一条切线,量出 $PT$,计算 $PT^2$,发现三者相等。
话术:“你看,不管你怎么转这把‘尺子’,只要它穿过圆,头尾两段长度的乘积就像被‘锁死’了一样,这个锁就是圆的‘权力’(Power)。”
代数推导法**
**适合学生
逻辑严密、擅长计算、喜欢从公式出发理解几何的学生。
操作:
1. 建立坐标系,设圆心 $O(0,0)$,半径 $r$,点 $P(d,0)$,其中 $d > r$。
2. 设过 $P$ 的直线斜率为 $k$,方程为 $y = k(x-d)$。
3. 联立圆方程 $x^2 + y^2 = r^2$,消去 $y$ 得到关于 $x$ 的一元二次方程。
4. 利用韦达定理,求出两根 $x_1, x_2$ 的和与积。
5. 计算 $PA \cdot PB$。由于 $P$ 在圆外,$PA = \sqrt{1+k^2}|x_1 - d|$,$PB = \sqrt{1+k^2}|x_2 - d|$。
6. 最终化简发现 $PA \cdot PB = d^2 - r^2$,与 $k$ 无关。
话术:“你看,最后结果里 $k$ 消掉了,说明这个积只跟 $P$ 离圆心多远($d$)和圆多大($r$)有关,这就是‘定值’的代数本质。”
面积/力矩类比法**
**适合学生
物理直觉好、喜欢跨学科联系、对纯几何证明感到枯燥的学生。
操作:
1. 引入“力矩”概念:力臂 $\times$ 力 = 力矩。
2. 类比:把 $P$ 点看作支点,割线看作杠杆。
3. 虽然这个类比不完全严谨(因为不是力),但可以借用“平衡”的思想:圆对 $P$ 点的“抵抗”是恒定的。
4. 更严谨的类比:考虑 $\triangle POA$ 和 $\triangle POB$ 的面积关系,或者利用余弦定理。
在 $\triangle POA$ 中,$OA^2 = OP^2 + PA^2 - 2 \cdot OP \cdot PA \cdot \cos \angle OPA$。
在 $\triangle POB$ 中,$OB^2 = OP^2 + PB^2 - 2 \cdot OP \cdot PB \cdot \cos \angle OPB$。
因为 $OA=OB=r$,$\angle OPA = \angle OPB$,两式相减可得 $PA \cdot PB = OP^2 - r^2$。
话术:“你可以把它想象成圆对点 $P$ 施加的一种‘势能’。$OP^2$ 是总能量,$r^2$ 是圆自身的能量,剩下的 $OP^2 - r^2$ 就是留给割线的‘乘积额度’。”