在讨论角的概念时,我们可以从两个主要的定义开始:
角是由两条射线组成,这两条射线有一个共同的端点。这个共同端点称为角的顶点,而两条射线则是角的边。
角也可以被视为一条射线绕其端点旋转形成的图形。
角的两个核心组成部分包括:顶点和边。这里的边指的是射线,其中一条是始边,另一条是终边。
零角的特点是始边与终边完全重合且方向一致,角度为0°。虽然零角本身角度为0°,但如360度(2π弧度)和-360度(-2π弧度)等角度在实际应用中也可能被视作零角。
平角的定义则是当始边与终边处于同一条直线,并且方向相反时,所形成的角度为180°(π弧度)。
直角的概念源于《几何原本》,其定义为:当一条直线与另一条横直线交叉形成的邻角相等时,每个角被称为直角,并且这条直线垂直于另一条直线。
例如,直线a与直线b交汇形成的两个邻角∠α和∠β相等时,∠α和∠β都是直角,且a与b垂直(a ⟂ b)。
请注意,270°角不被视为直角。
直角在几何学中扮演着极其重要的角色,无论是涉及垂直关系、勾股定理,还是圆内接三角形的边为直径的情况,都与直角密切相关。找到直角往往能帮助解决复杂的几何问题。
为了比较两个角的大小,我们不能仅仅依靠角度的测量方法。数学中常用的方法是:
通过移动角∠FDE,使得点D与角∠CAB的顶点A对齐,并且边DE与边AB重合(重叠)。若∠FDE的DF与∠CAB的AC重合,则∠CAB = ∠FDE;若DF位于∠CAB内部,则∠FDE
∠CAB。
注意,在进行比较时,需要确保边AC和边DF都位于重合的边AB和DE的同一侧。
圆心角是指顶点在圆心的角,而圆周角则是顶点在圆周上的角,两边都与圆相交。
圆心角定理包括:
在同圆或等圆中,相等的圆心角对应的弧、弦以及弦心距也相等。
在同圆或等圆中,相同的弧或等弧所对应的圆心角是相等的。
这两个定理是互逆的。
弦心距定义为圆心到弦的垂线段长度。圆心角、弧、弦以及弦心距之间的相等关系为:在同圆或等圆中,相等的圆心角对应的弧、弦和弦心距也相等。只要其中一个相等,其他三个也必定相等。
证明方法如下:在同圆或等圆中,相等的弧对应的圆心角相等。利用圆的旋转不变性可以证明这个定理。
旋转不变性指的是圆作为旋转对称图形,绕圆心旋转任意角度后,图形依然保持不变。
例如,如果弧FF’和弧GG’相等,可以通过绕圆心E旋转弧FF’。由于圆的旋转对称性,F会与G重合,F’会与G’重合。根据前述角度比较方法,可以得出∠FEF’ = ∠GEG’,从而证明等弧所对应的圆心角相等。
同样的证明方法适用于等弧对应的等弦和等弦对应的等弦心距。
圆周角定理包括:
在同圆或等圆中,相等的圆周角所对应的弧、弦和弦心距也相等。
在同圆或等圆中,相同的弧或等弧所对应的圆周角相等。
在同圆或等圆中,相同的弧或等弧所对应的圆心角是对应圆周角的两倍。
其中,第3条定理的证明如下:
在同圆或等圆中,相同的弧或等弧所对应的圆心角是相应圆周角的两倍。
以图中圆A上的三个点B、C和D为例,证明∠2 = 2∠1。证明步骤如下:
连接AD,圆心A与AC=AB=AD,通过等腰三角形的性质得出:
∠7 = ∠3,∠4 = ∠6 + ∠7,∠5 = ∠1 + ∠3
由于 ∠1 + ∠4 + ∠5 + ∠6 = 180°
且 ∠5 = ∠7 + ∠1
因此 2∠1 + ∠4 + ∠6 + ∠7 = 180°
由于 ∠2 + ∠4 + ∠6 + ∠7 = 180°
从而 2∠1 = ∠2
证明完毕