几何教程

圆的组成部分 — 半径、直径、弦、弧、扇形、弓形、切线

作者 发表于 May 31, 2026

每个圆都有相同的一组命名部分——几乎每个圆的公式都只是其中两个部分之间的关系。一旦你能在图形上标注出半径、直径、弦、弧、扇形、弓形、切线和割线,剩下的圆几何就自然而然了。本指南逐一介绍每个部分及其对应的公式。

The 10 Named Parts of a Circle

  1. Center — 圆心,圆上每一点都与之等距的唯一点。通常标记为 O。
  2. Radius — 半径,从圆心到圆上任意一点的线段。长度为 r。
  3. Diameter — 直径,通过圆心的弦。长度 d = 2r。
  4. Chord — 弦,端点都在圆上的任意线段。
  5. Arc — 弧,圆周上连续的一部分(周长的一段)。用度数或长度单位度量。
  6. Sector — 扇形,由两条半径及其间的弧所围成的“饼形”区域。
  7. Segment — 弓形,由一条弦及其上方(或下方)的弧所围成的区域。与扇形不同。
  8. Tangent — 切线,与圆恰好相切于一点的直线。始终垂直于该切点处的半径。
  9. Secant — 割线,与圆恰好交于两点的直线(本质上是向两端延伸的弦)。
  10. Circumference — 周长,圆的完整周长。等于周长;C = 2πr。

1. Center and Radius

圆心是圆的定义性点——圆上每一点都与它相距一个半径的距离。半径(复数:radii)是圆公式中最常用的度量,因为它最简单。你能计算出的任何其他量(面积、周长、直径、扇形、弦长)最终都可归结为包含 r 的公式。

使用半径的公式:面积 A = πr²,周长 C = 2πr,直径 d = 2r,圆的方程 (x − h)² + (y − k)² = r²。

2. Diameter

直径是任意圆中最长的弦——一条穿过圆心、两端都在圆上的直线。其长度始终恰好是半径的两倍:d = 2r。如果你只知道直径,仍然可以计算一切:r = d/2,A = πd²/4,C = πd。

常见学生误区:在面积公式中混淆直径与半径。如果你错误地将 d 代入 A = πr²,答案会大 4 倍。如果图形标注的是直径,务必先减半。

3. Chord

是端点都在圆上的任意线段。直径是穿过圆心的特殊弦;其他所有弦都比直径短。

弦长公式:c = 2r × sin(θ/2),其中 θ 是该弦所对的圆心角(连接弦两端点的两条半径之间的夹角)。

例:在半径为 10 的圆中,圆心角 60° 所对的弦长为 c = 2 × 10 × sin(30°) = 20 × 0.5 = 10。(当 θ = 60° 时,弦长等于半径——这是等边三角形的情形。)

4. Arc

是圆周的一部分。有两种:

  • Minor arc — 两点间较短的弧。
  • Major arc — 两点间较长的弧。

弧长公式:L = r × θ(弧度),或 L = (θ°/360) × 2πr(度)。

例:在半径为 6 的圆中,90° 弧的长度为 (90/360) × 2π × 6 = (1/4) × 12π = 3π ≈ 9.42

5. Sector

扇形是两条半径之间的饼形区域——两侧由半径界定,弧形边由弧界定。想象披萨切片。

扇形面积公式:A_s = ½ × r² × θ(弧度),或 A_s = (θ°/360) × πr²(度)。

例:半径为 8 的圆中,45° 扇形的面积为 (45/360) × π × 64 = (1/8) × 64π = 8π ≈ 25.13

6. Segment

弓形容易与扇形混淆,但它是不同的区域。想象在圆上画一条弦——弦将圆分成两个区域,每个区域都由弦和一段弧界定。每个这样的区域都是弓形。(相比之下,扇形由两条半径加一段弧界定。)

弓形面积公式:A_seg = ½ × r² × (θ − sin θ),θ 以弧度为单位。

助记:用两刀从圆心直切得到的是扇形;用一刀横切得到的是弓形

7. Tangent

切线是恰好与圆相切于一点(“切点”)而不进入圆内部的直线。其关键性质:

切线始终垂直于该切点处所画的半径。

这是数十个几何证明题的基础,也出现在微积分中求曲线的切线时。如果题目提到“点 P 处的切线”,立即画出半径 OP——那里的角是 90°。

8. Secant

割线是恰好与圆交于两点的直线。可将其视为两端延伸成完整直线的弦。

考官最爱的关系:若从外部点 P 引两条割线,则两条割线的线段乘积(外段 × 全长)相等。这就是点幂定理

9. Circumference (= Perimeter)

周长是圆的全部距离——即其周长。学校教材中使用“perimeter”;在几何中技术用语是“circumference”。两者指同一长度:

C = 2π × r = π × d

比值 C/d = π(≈ 3.14159)对每个圆都相同。这是数学中最著名的常数。

Visualizing It All on One Figure

想象一个圆心为 O 的圆。图中包含:

  • 一条半径 OA(圆心到圆上一点)
  • 一条直径 BC(穿过 O 的弦——长度 2r)
  • 一条弦 DE(圆上两点间的任意线段,不穿过 O)
  • 一段弧 EF(圆周的一部分)
  • 一个扇形 OEF(半径 OE、OF 与弧 EF 之间的饼形区域)
  • 由弦 DE 截出的弓形(DE 与其上方弧之间的区域)
  • 点 A 处的切线(垂直于 OA)
  • 一条割线,交于 G 和 H 两点(穿过圆的两点)

从记忆中重画此图是学习圆词汇的最佳练习。一旦标签变得自动,所有公式就只是这些部分之间的关系。

Common Mistakes

  • Sector vs segment — 扇形使用两条半径 + 弧;弓形使用一条弦 + 弧。混淆这两者是最常见的圆词汇错误。
  • Diameter in A = πr² — 始终先将直径减半得到半径;否则答案会大 4 倍。
  • Arc length vs arc measure — 弧是距离单位(cm、m);弧度量是圆心角的度数或弧度。许多教材中它们共用同一字母(θ 或 arc)。请检查单位。
  • Tangent and radius angle — 切线与切点处半径的夹角始终是 90°,而非平行或其他值。
  • "Perimeter of a circle" 被视为与 circumference 不同 — 它们是同一事物。相同的数值,相同的公式。

FAQ

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