圆幂定理

圓冪定理(),是平面幾何中的一個定理。這定理指出,給定一個圓 以及一點 ,從該點引出兩條割線,分別與 相交於 、 以及 、,則有

:\overline{PA} \cdot \overline{PB} = \overline{PC} \cdot \overline{PD}

這個乘積,是 對於 的圓冪(),故定理以此為名。

圓冪定義
平面上任意一點 ,以及半徑為 、圓心為 的圓,則定義圓冪 為:

:h=OP^2-r^2。

從這個定義可知,若 在圓內,則圓冪為負數;若 在圓外,則圓冪為正數;若 在圓周上,則圓冪等於零。

圓冪又可等價地定義為:從該點穿過圓心的割線,與圓的兩個交點,與該點距離的乘積。也就是說:

:h=\overline{PA} \cdot \overline{PB} 。

理由如下:

:\overline{PA} \cdot \overline{PB} = (s-r)(s+r)=s^2-r^2=h。

變體
圓冪定理有三個變體,分別是「相交弦定理」、「割線定理」及「切割線定理」。

相交弦定理
設有一圓,圓上有兩條弦 及 ,它們相交於 ,則有
:\overline{EA} \cdot \overline{EB} = \overline{EC} \cdot \overline{ED}

這個乘積,是 的圓冪的相反數 。這是因為圓冪為非正數,而線段的乘積為正數。

割線定理
設有一圓,圓外有一點 ,引出兩條割線,分別與圓相交於 、 以及 、,則有
:\overline{PA} \cdot \overline{PB} = \overline{PM} \cdot \overline{PN}

這個乘積,是 的圓冪 。

切割線定理
設有一圓,圓外有一點 ,引出一條割線,與圓相交於 、 ,又引出一條切線,與圓相切於 ,則有
:\overline{PA} \cdot \overline{PB} = {\overline{PT}}^2

這個乘積,同樣是 的圓冪 。

證明
相交弦定理
從同弓形內圓周角的性質可知, 與 是相似三角形,因此

:\frac{EA}{EC} = \frac{ED}{EB}

整理可得

:EA \cdot EB = EC \cdot ED

證畢。

割線定理
從同弓形內圓周角的性質可知, 與 是相似三角形,因此

:\frac{PA}{PM} = \frac{PN}{PB}

整理可得

:PA \cdot PB = PM \cdot PN

證明完畢。

切割線定理
從內錯弓形圓周角的性質可知, 與 是相似三角形,因此

:\frac{PA}{PT} = \frac{PT}{PB}

整理可得

:PA \cdot PB = {PT}^2

證明完畢。

參見
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參考資料

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