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垂径定理

设 AB 是圆的一条不经过圆心的弦,O 是圆心。过 O 的直线与弦交于 M:它垂直于弦,当且仅当平分弦。这是《几何原本》第三卷命题 3 的双向结论。

从垂直到平分

若 OM⊥AB,直角三角形 OMA 与 OMB 有相等斜边 OA=OB=R,还共用 OM。两三角形全等,故 AM=MB。

从平分到垂直

若 AM=MB,两三角形的三边分别相等:OA=OB、OM 共用、AM=MB。因此 ∠OMA=∠OMB。这两个邻角组成平角,只能各为 90∘,于是 OM⊥AB。

图中虚线 OM 是证明所需的辅助线。若半径为 5 且 OM=3,则 AM=52−32=4,整条弦长为 8。

半径OA、圆心O到弦AB的垂线OM及相等的半弦AM和MB
垂线平分弦,半弦、圆心距与半径组成直角三角形。

若弦本身是直径且所说的直线与它重合,两线没有唯一交点 M,故命题先排除这种措辞含混的情形。直径的长度结论见弦长与圆心距。

参考资料