【梯形中有一個圓形與四邊相接】史上最簡單!教你三步畫出梯形內接圓,輕鬆搞定數學難題!

【梯形中有一個圓形與四邊相接】史上最簡單!教你三步畫出梯形內接圓,輕鬆搞定數學難題!

圓內接四邊形

引言
在幾何領域,[圓內接四邊形]是一種四邊形,其四個頂點皆位於同一圓週上。[圓內接四邊形]內角性質獨特:相對頂點的內角互補(和為 180 度)。這等同於説,[圓內接四邊形]**的一個內角等於其對邊所形成的外角。

特性與性質
托勒密定理指出,[圓內接四邊形]兩組對邊乘積總和等於對角線乘積。此外,[圓內接四邊形]相對頂點的三角形相似。這些相似性質可推出相交弦定理,即對角線交點將對角線分割成的乘積相等。逆命題也成立:滿足上述相似或乘積等式的四邊形必為[圓內接四邊形]

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定義與分類
[圓內接四邊形]是內角和為 360 度的四邊形。根據對稱性,四邊形可分為正方形(最高對稱)、長方形、菱形、等腰梯形、鳶形等種類。依據類角性質,可區分為凸四邊形和非凸四邊形。凸四邊形指所有內角小於 180 度;非凸四邊形可再細分為凹四邊形和複雜四邊形。

凸四邊形
凸四邊形是所有內角小於平角的四邊形,其對角線皆位於其內部。對角線的長度和夾角關係如下:

梯形中有一個圓形與四邊相接

對角線長度 對角線夾角 方程式
p q p² + q² – 2pqcosθ = 0

對於正軸四邊形(如菱形、正方形),由於 θ = 90°,方程式可簡化為 p² + q² = 2pq。

梯形中有一個圓形與四邊相接

在幾何學中,「梯形中有一個圓形與四邊相接」是一個特定的形狀,具有獨特的性質和應用。此形狀由一個梯形和一個與其四邊相切的圓形組成。

性質:

性質 説明
圓心在兩基底中線的交點上 該交點是梯形的中心
圓的半徑等於兩腰的長度之和 即:r = a + b

證明:

假設梯形 ABCD 中,有一個圓形與四邊 AD、DC、CB、BA 相切,且圓心為 O。

根據圓的切線性質,OA、OB、OC、OD 均與圓形相切。因此,OA、OB、OC、OD 的長度相等。

又由於 AOBC 和 BODC 為等腰梯形,因此 AB = OC,BC = OD。故 OA = OB = OC = OD。

設腰 AD = a,腰 BC = b,則圓的半徑 r = OA = a + b。

應用:

「梯形中有一個圓形與四邊相接」的形狀在實際生活中和數學問題中都有著廣泛的應用,包括:

  • 設計:用於設計拱形結構、橋樑和框架,以提供強度和對稱性。
  • 工程:用於分析力的傳遞和應力分佈,例如在機械和土木工程中。
  • 數學問題:用於證明幾何定理、求解面積和周長問題,以及發展空間推理能力。

面積和周長:

梯形中圓形與四邊相接的形狀,其面積和周長公式如下:

公式 説明
A = (a + b)h/2 + πr² 梯形面積加上圓形面積
P = (a + b) + 2√(r² – h²/4) 梯形周長加上圓形半周長

範例:

假設一個梯形中,底邊長度為 6 公分和 10 公分,高為 5 公分。有一個圓形與梯形四邊相接,其圓心在中線上。求此形狀的面積和周長。

延伸閲讀…

我們要畫這樣的四邊形

梯形的基本概念梯形的定義:四邊形中,有一雙對邊平行

解:

  • 腰長 a = b = (6 + 10) / 2 = 8 公分
  • 圓心在中線上,且距離中線距離為 h/2 = 5/2 = 2.5 公分
  • 圓的半徑 r = a + b = 8 公分
  • 面積 A = (a + b)h/2 + πr² = (8 + 8)5/2 + π(8)² = 104.31 平方公分
  • 周長 P = (a + b) + 2√(r² – h²/4) = (8 + 8) + 2√(8² – 5²/4) = 32.26 公分