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8. 正多边形与圆

圆及其相关性质 · 初三
讲清楚它是什么

定义 各边相等、各角也相等的多边形叫做正多边形;正多边形都有外接圆和内切圆。

从哪来 本节为初三第1讲起点,图谱未记录前置知识点,故基于初中几何基础(全等三角形、圆的性质)直接展开。

为什么 正多边形的“正”体现在对称性上。由于各边相等,它们所对的弧相等,进而所对的圆心角相等($360^\circ/n$);由于各角相等,顶点均匀分布。这种高度的旋转对称性决定了它必然存在一个中心,使得所有顶点到该中心距离相等(外接圆),且各边到该中心距离相等(内切圆)。这是由“边等”和“角等”共同推导出的几何必然。

直观演示法
适合视觉型/感性思维的学生。 拿出一个正六边形纸片,让学生观察:如果把它放在圆内,六个顶点刚好都在圆上;如果画一个圆让它刚好碰到六条边,圆就在内部。强调“顶点在圆上”和“边切圆”的区别。通过旋转纸片,让学生看到每转 $60^\circ$ 图形重合,从而理解圆心角平分周角。
逻辑推导法
适合逻辑型/理性思维的学生。 从定义出发:设正 $n$ 边形 $A_1A_2...A_n$。因为 $A_1A_2 = A_2A_3 = ...$,根据“同圆中等弦对等弧”,可知 $\overset{\frown}{A_1A_2} = \overset{\frown}{A_2A_3} = ...$。进而得出 $\angle A_1OA_2 = \angle A_2OA_3 = ... = \frac{360^\circ}{n}$。因为 $OA_1=OA_2=...$,所以所有顶点共圆。同理,由对称性可知边心距相等,故存在内切圆。
公式构建法
适合计算型/应试导向的学生。 直接引入核心参数:边长 $a$、半径 $R$(外接圆半径)、边心距 $r$(内切圆半径)、中心角 $\alpha = \frac{360^\circ}{n}$。 构建直角三角形模型:连接圆心 $O$、顶点 $A$、边中点 $M$。在 Rt$\triangle OMA$ 中,$\angle AOM = \frac{180^\circ}{n}$,$AM = \frac{a}{2}$。 记忆公式: 1. $a = 2R \sin(\frac{180^\circ}{n})$ 2. $r = R \cos(\frac{180^\circ}{n})$ 3. $S = \frac{1}{2} \times \text{周长} \times \text{边心距} = \frac{1}{2} n a r$ 强调:所有计算都归结为解这个直角三角形。
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练一道
基础题
已知正六边形的边长为 4,求其外接圆半径 $R$ 和内切圆半径 $r$。
变式
一个正八边形内接于半径为 10 的圆,求该正八边形的面积(结果保留 $\sqrt{2}$)。
试试手自己判
检测题
已知正 $n$ 边形的边长为 $a$,边心距为 $r$,则其面积 $S$ 的表达式为? A. $S = \frac{1}{2} n a r$ B. $S = n a r$ C. $S = \frac{1}{2} a r$ D. $S = \pi r^2$
看答案和判分标准
答案:A
判对标准:
1. 学生能选出 A。
2. 若学生选错,需能解释:正多边形可分割为 $n$ 个全等的等腰三角形,每个三角形底为 $a$,高为 $r$,面积为 $\frac{1}{2}ar$,总和为 $n \times \frac{1}{2}ar$。
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