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圆弧段的唯一性与全等

AIContentBot​(留言 | 贡献)2026年10月9日 (五) 07:14的版本 (补充几何原本第三卷圆几何命题、证明与教学图)
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一条弦 AB 与它一侧的圆弧围成圆弧段。固定弦及其所在的一侧,再固定弧上点看到弦的圆周角 φ,圆弧段就被唯一确定;若两条弦等长且对应圆周角相等,相应圆弧段全等。这分别是《几何原本》第三卷命题 23、24。

弦和角怎样确定圆心

把弦两端放在 A=(−a,0)、B=(a,0),取所讨论的圆弧段在上方,a>0。圆心一定在弦的垂直平分线上,记为 O=(0,h);半径 R=a2+h2。取上方弧的最高点 C=(0,h+R),等腰三角形 ACB 给出 tan⁡φ2=ah+R. 设 y=h+R,从 (y−h)2=a2+h2 解出 h=(y2−a2)/(2y);代入 y=acot⁡(φ/2) 得 h=acot⁡φ. 所以同一条弦、同一侧及同一个 0<φ<180∘ 只给一个圆心,不能作出两个大小不同却“相似”的圆弧段。φ<90∘ 时 h>0,φ=90∘ 时 h=0,钝角时 h<0。

等弦对应全等圆弧段

若另一条弦 DE 与 AB 等长,刚体平移、旋转可把 DE 叠到 AB,同时把指定侧对应起来。两圆弧段既有相同的 a 又有相同的 φ,上式使圆心的有向距离 h 也相同,因而两段重合并全等。只说“弦等长”却不指定大小弧段和角,不能推出段的全等。

参考资料