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圆内接四边形

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圆内接四边形是几何学中一个重要的概念,其性质和判定方法如下:

一、基本定义

四个顶点均在同一个圆上的四边形称为圆内接四边形。

二、核心性质

对角互补

圆内接四边形的对角和为180°,即$\angle A + \angle C = 180°$,$\angle B + \angle D = 180°$。

外角等于内对角

任意一个外角等于它的内对角,例如$\angle CBE = \angle ADC$。

圆心角与圆周角关系

同弧所对的圆心角是圆周角的两倍,即$\angle AOB = 2\angle ACB = 2\angle ADB$。

三角形相似性

圆内接四边形中,$\triangle ABP \sim \triangle DCP$(三个内角对应相等)。

相交弦定理

$AP \times CP = BP \times DP$。

托勒密定理

$AB \times CD + AD \times CB = AC \times BD$。

三、判定方法

对角互补

若四边形对角和为180°,则四个顶点共圆。

外角等于内对角

若一个外角等于它的内对角,则四个顶点共圆。

垂径定理

圆的直径垂直平分弦(非直径弦)。

四、特殊情形

矩形:

是圆内接四边形的特例,对角线相等且互相平分。

正方形:既是矩形又是菱形,具有所有边相等且对角线垂直的特性。

等腰梯形:两腰相等,且同一底上的两个角相等。

五、面积公式

对于圆内接凸四边形,面积可用婆罗摩笈多公式计算:

$$A = \sqrt{(s-a)(s-b)(s-c)(s-d) - abcd \cos^2\left(\frac{A+C}{2}\right)}$$

其中$a, b, c, d$为四边长度,$s = \frac{a+b+c+d}{2}$。

六、教学建议

通过动态几何软件(如几何画板)演示圆内接四边形的性质变化,帮助学生理解定理的灵活性。

结合三角形相似性和三角函数证明对角互补定理,培养学生的逻辑推理能力。

以上内容综合了圆内接四边形的定义、性质、判定及应用,涵盖初中至高中阶段的几何知识体系。