Теорема о квадрате касательной и секущей — задания на закрепление, 9 класс
Содержание статьи9 разделов
Прикладная ситуация: измерительная разметка у круглой площадки
На схеме круглая клумба обозначена окружностью. От внешней точки P проложены прямая дорожка, касающаяся окружности в точке T, и прямая через P, которая пересекает окружность сначала в точке A, затем в точке B. В этой учебной модели известны расстояния вдоль прямых: PT — касательная, PA — внешняя часть секущей, PB — вся секущая от P до дальнего пересечения. Размеры заданы в метрах; это геометрическая модель, а не данные реального строительного объекта.
Теорема: PT² = PA · PB. Если внутренняя часть AB = c, то PB = PA + c, поэтому PT² = PA(PA + c). Проверяйте: PB ≥ PA > 0, PT > 0. Нельзя подставлять в формулу только внутреннюю часть AB вместо полного PB.
Исходная таблица модели
| Обозначение | Что измерено | Единица |
|---|---|---|
| t = PT | Длина касательной от внешней точки P | м |
| a = PA | От P до ближайшего пересечения A | м |
| b = PB | От P до дальнего пересечения B | м |
| c = AB | Часть секущей внутри окружности: c = b − a | м |
Модель и два связанных расчёта
Пусть в первом плане a = 4 м, b = 9 м. Тогда t² = 4·9 = 36 м², значит t = 6 м (отрицательное значение −6 отбрасывается, поскольку расстояние неотрицательно). Длина внутри круга c = 9 − 4 = 5 м. Для второго плана известно t = 15 м и a = 9 м. Тогда b = 15²/9 = 25 м, а c = 25 − 9 = 16 м. Проверка обеих схем — равенство t² и a·b в м².
Как выбрать неизвестное и избежать неверных измерений
Если известны внешняя часть и полная длина секущей, достаточно одного умножения и положительного квадратного корня. Если известны касательная и внешняя часть, сначала вычисляют полную секущую: b = t²/a. Если известны касательная и полная секущая, получают a = t²/b. Для любой схемы при этом должно сохраняться условие a ≤ b, потому что ближнее пересечение нельзя поставить дальше дальнего.
На практике часто известна не вся секущая PB, а только её часть внутри окружности AB. Тогда b = a + c, и уравнение становится квадратным: a² + ca − t² = 0. У такого уравнения возможны два действительных корня противоположных знаков; физический смысл оставляет один положительный. Нельзя «сокращать» a² + ca до a + c: слагаемые имеют размерность квадратных метров.
Связанные задачи по измерениям (1–14)
- PA = 4 м, PB = 9 м. Найдите PT и длину AB.
- PA = 5 м, PB = 20 м. Найдите PT.
- PA = 9 м, PB = 16 м. Найдите касательную и длину внутреннего участка.
- PT = 15 м, PA = 9 м. Найдите PB и AB.
- PT = 12 м, PB = 18 м. Найдите PA и AB.
- PA = 3 м, AB = 9 м. Найдите PB и PT.
- PA = 8 м, AB = 10 м. Найдите PB и PT.
- PA = 2 м, PB = 50 м. Найдите PT и убедитесь, что данные допустимы.
- PT = 14 м, PA = 7 м. Найдите PB и AB.
- PT = 20 м, PB = 25 м. Найдите PA и AB.
- PT = 10 м, AB = 15 м. Найдите PA, решив квадратное уравнение.
- PT = 12 м, AB = 7 м. Найдите PA и PB.
- PA = 4 м, PB = 25 м. Найдите PT и AB.
- PT = 18 м, PA = 12 м. Найдите PB и AB.
Ответы, пригодные для проверки плана
| № | Решение | Ответ |
|---|---|---|
| 1 | t² = 4·9 = 36; c = 9 − 4 | PT = 6 м; AB = 5 м |
| 2 | t² = 5·20 = 100 | PT = 10 м |
| 3 | t² = 9·16 = 144; c = 16 − 9 | PT = 12 м; AB = 7 м |
| 4 | b = 15²/9 = 25; c = 25 − 9 | PB = 25 м; AB = 16 м |
| 5 | a = 12²/18 = 8; c = 18 − 8 | PA = 8 м; AB = 10 м |
| 6 | b = 3 + 9 = 12; t² = 3·12 | PB = 12 м; PT = 6 м |
| 7 | b = 8 + 10 = 18; t² = 8·18 | PB = 18 м; PT = 12 м |
| 8 | t² = 2·50 = 100; 50 ≥ 2 > 0 | PT = 10 м |
| 9 | b = 14²/7 = 28; c = 28 − 7 | PB = 28 м; AB = 21 м |
| 10 | a = 20²/25 = 16; c = 25 − 16 | PA = 16 м; AB = 9 м |
| 11 | a(a+15) = 100 ⇒ (a−5)(a+20) = 0; a > 0 | PA = 5 м; PB = 20 м |
| 12 | a(a+7) = 144 ⇒ (a−9)(a+16) = 0; a > 0 | PA = 9 м; PB = 16 м |
| 13 | t² = 4·25 = 100; c = 25 − 4 | PT = 10 м; AB = 21 м |
| 14 | b = 18²/12 = 27; c = 27 − 12 | PB = 27 м; AB = 15 м |
Откуда берётся теорема
Соединим T с A и B. Треугольники PTA и PBT подобны: у них общий угол при P между касательной и секущей, а другой парой равных углов служат угол между касательной и хордой и вписанный угол, опирающиеся на одну дугу. Из подобия получается отношение PT/PA = PB/PT, а значит PT² = PA·PB. Это обоснование позволяет не воспринимать формулу как случайное совпадение чисел.
В школьной модели точка P расположена вне окружности и секущая проходит через две различные точки A и B. Если прямая лишь касается окружности, два пересечения сливаются, и речь идёт о предельном случае, требующем отдельного пояснения. Для данных 14 упражнений это не требуется: во всех случаях AB строго положительно.
Три проверки корректности геометрической модели
- Границы: внешняя часть PA не должна превосходить всю секущую PB, иначе перепутаны точки A и B.
- Единицы: PT² и PA·PB имеют размерность м². После извлечения корня PT измеряется уже в метрах, а не в м².
- Допустимые корни: при нахождении PA из a(a + c) = t² отрицательное решение нужно отбросить. Например, в задании 11 корень −20 не обозначает допустимую длину; остаётся 5 м.
Итоговое решение для обсуждения
Сравните задания 1 и 13: внешняя часть у них одинаковая (4 м), но дальнее пересечение расположено на разном расстоянии (9 и 25 м). Поэтому длина касательной растёт с 6 до 10 м. Это демонстрирует, что теорема связывает полную длину секущей с касательной, а не только расстояние внутри окружности.
Сохраните материал или отправьте тому, кому он пригодится.
