12.2 Okrąg. Położenie prostej i okręgu
Kartkówka
Grupa A
Zadanie 1 (2 pkt)
W kole poprowadzono średnicę $AB$ i cięciwę $AC$. Wiedząc, że $BC \perp AC$ i $|BC| = 10$ cm, oblicz odległość cięciwy $AC$ od środka koła.
Odległość cięciwy $AC$ od środka koła wynosi $5$ cm.
W kole poprowadzono średnicę AB i cięciwę AC. Wiedząc, że BC jest prostopadłe do AC oraz długość cięciwy BC wynosi 10 cm, należy obliczyć odległość cięciwy AC od środka koła.
1. Zauważamy, że ponieważ AB jest średnicą, a C jest punktem na okręgu, to kąt ACB jest kątem prostym (kąt wpisany oparty na średnicy). Oznacza to, że trójkąt ABC jest trójkątem prostokątnym z kątem prostym przy wierzchołku C. Ta informacja jest zgodna z danymi, że BC jest prostopadłe do AC.
2. Niech O będzie środkiem koła. Wtedy O jest środkiem średnicy AB, a więc jest środkiem boku AB w trójkącie ABC.
3. Odległość cięciwy AC od środka koła to długość odcinka prostopadłego poprowadzonego ze środka O do cięciwy AC. Niech M będzie punktem przecięcia tego odcinka z cięciwą AC. Własność ta mówi, że odcinek poprowadzony ze środka koła prostopadle do cięciwy dzieli cięciwę na dwie równe części. Zatem M jest środkiem cięciwy AC (czyli środkiem boku AC w trójkącie ABC).
4. Rozważmy trójkąt ABC. Odcinek OM łączy środki boków AB (punkt O) i AC (punkt M). Z twierdzenia o odcinku łączącym środki boków trójkąta (znanego również jako twierdzenie o linii środkowej trójkąta) wynika, że odcinek ten jest równoległy do trzeciego boku (BC) i jego długość jest równa połowie długości tego boku.
\[ |OM| = \frac{1}{2} \cdot |BC| \]
5. Podstawiamy daną wartość długości cięciwy BC:
\[ |BC| = 10 \ \text{cm} \]
\[ |OM| = \frac{1}{2} \cdot 10 \ \text{cm} \]
\[ |OM| = 5 \ \text{cm} \]
Odległość cięciwy AC od środka koła wynosi $5 \ \text{cm}$.
Zadanie 2 (2 pkt)
Odcinek $AB$ jest cięciwą okręgu o promieniu $13 \text{ cm}$. Wiedząc, że $|AB| = 24 \text{ cm}$, oblicz odległość tej cięciwy od środka okręgu.
Odległość cięciwy od środka okręgu wynosi $d = 5 \text{ cm}$.
Rozwiązujemy zadanie, wykorzystując twierdzenie Pitagorasa.
Promień okręgu wynosi $r = 13 \text{ cm}$.
Długość cięciwy wynosi $|AB| = 24 \text{ cm}$.
Pierwszym krokiem jest obliczenie długości połowy cięciwy. Odcinek łączący środek okręgu z cięciwą pod kątem prostym dzieli cięciwę na dwie równe części. Niech $a$ oznacza połowę długości cięciwy.
\[ a = \frac{|AB|}{2} \]
\[ a = \frac{24 \text{ cm}}{2} \]
\[ a = 12 \text{ cm} \]
Teraz stosujemy twierdzenie Pitagorasa dla trójkąta prostokątnego utworzonego przez promień (przeciwprostokątna), połowę cięciwy (jedna przyprostokątna) i odległość cięciwy od środka okręgu (druga przyprostokątna, którą oznaczamy jako $d$).
\[ d^2 + a^2 = r^2 \]
\[ d^2 + (12 \text{ cm})^2 = (13 \text{ cm})^2 \]
\[ d^2 + 144 \text{ cm}^2 = 169 \text{ cm}^2 \]
Następnie obliczamy $d^2$.
\[ d^2 = 169 \text{ cm}^2 - 144 \text{ cm}^2 \]
\[ d^2 = 25 \text{ cm}^2 \]
Na koniec obliczamy $d$, biorąc pierwiastek kwadratowy.
\[ d = \sqrt{25 \text{ cm}^2} \]
\[ d = 5 \text{ cm} \]
Zadanie 3 (4 pkt)
Z punktu $A$ poprowadzono dwie styczne do okręgu o środku $O$ i promieniu $6$ cm. Odcinek $AO$ ma długość $10$ cm i przecina okrąg w punkcie $P$. Oblicz odległość punktu $P$ od tych stycznych.
Odległość punktu $P$ od każdej ze stycznych wynosi $\frac{12}{5} \text{ cm}$.
a) Wyznaczenie długości odcinka stycznej:
Trójkąt AOT jest trójkątem prostokątnym, gdzie kąt przy wierzchołku T jest kątem prostym. Promień OT jest prostopadły do stycznej AT.
Z twierdzenia Pitagorasa:
\[ AT^2 + OT^2 = AO^2 \]
Podstawiamy wartości:
\[ AT^2 + 6^2 = 10^2 \]
\[ AT^2 + 36 = 100 \]
\[ AT^2 = 100 - 36 \]
\[ AT^2 = 64 \]
\[ AT = \sqrt{64} \]
\[ AT = 8 \text{ cm} \]
b) Wyznaczenie długości odcinka AP:
Ponieważ punkt P leży na odcinku AO i jest punktem przecięcia z okręgiem, odcinek OP jest promieniem okręgu.
\[ OP = 6 \text{ cm} \]
\[ AP = AO - OP \]
\[ AP = 10 \text{ cm} - 6 \text{ cm} \]
\[ AP = 4 \text{ cm} \]
c) Obliczenie odległości punktu P od stycznych:
Oznaczmy odległość punktu P od stycznej AT jako PD, gdzie D jest rzutem prostopadłym P na AT. Trójkąt APD jest trójkątem prostokątnym z kątem prostym przy D. Trójkąt APD jest podobny do trójkąta AOT (kąt A jest wspólny, oba mają kąt prosty).
Z podobieństwa trójkątów wynika proporcja:
\[ \frac{PD}{OT} = \frac{AP}{AO} \]
Podstawiamy znane wartości:
\[ \frac{PD}{6 \text{ cm}} = \frac{4 \text{ cm}}{10 \text{ cm}} \]
\[ PD = 6 \cdot \frac{4}{10} \text{ cm} \]
\[ PD = \frac{24}{10} \text{ cm} \]
\[ PD = 2.4 \text{ cm} \]
Zadanie 4 (3 pkt)
Do danego okręgu poprowadzono styczną tak, że końce $A, B$ średnicy tego okręgu są odległe od stycznej o $18\ \text{cm}$ i o $12\ \text{cm}$. Oblicz promień tego okręgu.
Promień okręgu wynosi $15\ \text{cm}$.
Ponieważ końce średnicy A i B leżą po tej samej stronie stycznej, a środek okręgu O jest środkiem tej średnicy, odległość środka okręgu od stycznej jest równa średniej arytmetycznej odległości punktów A i B od tej stycznej. Odległość środka okręgu od stycznej jest równa promieniowi okręgu $R$.
Niech $d_A$ będzie odległością punktu A od stycznej, a $d_B$ odległością punktu B od stycznej.
Z danych zadania mamy:
$d_A = 18 \ \text{cm}$
$d_B = 12 \ \text{cm}$
Wzór na promień okręgu w tej sytuacji:
\[
R = \frac{d_A + d_B}{2}
\]
Podstawiamy wartości:
\[
R = \frac{18 \ \text{cm} + 12 \ \text{cm}}{2}
\]
\[
R = \frac{30 \ \text{cm}}{2}
\]
\[
R = 15 \ \text{cm}
\]
Zadanie 5 (1 pkt)
Dany jest okrąg o promieniu $r$ i prosta, której odległość od środka okręgu jest równa $d$. Zbadaj położenie prostej $k$ i okręgu $o$ w zależności od $a$.$r = 5, d = a + 1$
Położenie prostej $k$ względem okręgu $o$ zależy od wartości parametru $a$:
dla $a < 4$ prosta jest sieczną,
dla $a = 4$ prosta jest styczną,
dla $a > 4$ prosta jest rozłączna z okręgiem.
Analizujemy trzy przypadki wzajemnego położenia prostej i okręgu:
1. Prosta jest sieczną okręgu (przecina okrąg w dwóch punktach), gdy odległość prostej od środka okręgu jest mniejsza od promienia:
\[ d < r \]
Podstawiamy dane z zadania: $r = 5$ i $d = a + 1$.
\[ a + 1 < 5 \]
\[ a < 5 - 1 \]
\[ a < 4 \]
2. Prosta jest styczną do okręgu (ma z okręgiem dokładnie jeden punkt wspólny), gdy odległość prostej od środka okręgu jest równa promieniowi:
\[ d = r \]
Podstawiamy dane z zadania:
\[ a + 1 = 5 \]
\[ a = 5 - 1 \]
\[ a = 4 \]
3. Prosta jest rozłączna z okręgiem (nie ma z okręgiem punktów wspólnych), gdy odległość prostej od środka okręgu jest większa od promienia:
\[ d > r \]
Podstawiamy dane z zadania:
\[ a + 1 > 5 \]
\[ a > 5 - 1 \]
\[ a > 4 \]
Grupa B
Zadanie 1 (2 pkt)
W kole poprowadzono średnicę $AB$ i cięciwę $AC$. Wiedząc, że $BC \perp AC$ i $|BC| = 5$ cm, oblicz odległość cięciwy $AC$ od środka koła.
Odległość cięciwy $AC$ od środka koła wynosi $2.5$ cm.
Zadanie 2 (2 pkt)
Odcinek $AB$ jest cięciwą okręgu o promieniu $17 \text{ cm}$. Wiedząc, że $|AB| = 30 \text{ cm}$, oblicz odległość tej cięciwy od środka okręgu.
Odległość cięciwy od środka okręgu wynosi $d = 8 \text{ cm}$.
Zadanie 3 (4 pkt)
Z punktu $A$ poprowadzono dwie styczne do okręgu o środku $O$ i promieniu $5$ cm. Odcinek $AO$ ma długość $13$ cm i przecina okrąg w punkcie $P$. Oblicz odległość punktu $P$ od tych stycznych.
Odległość punktu $P$ od każdej ze stycznych wynosi $\frac{40}{13} \text{ cm}$.
Zadanie 4 (3 pkt)
Do danego okręgu poprowadzono styczną tak, że końce $A, B$ średnicy tego okręgu są odległe od stycznej o $35\ \text{cm}$ i o $25\ \text{cm}$. Oblicz promień tego okręgu.
Promień okręgu wynosi $30\ \text{cm}$.
Zadanie 5 (1 pkt)
Dany jest okrąg o promieniu $r$ i prosta, której odległość od środka okręgu jest równa $d$. Zbadaj położenie prostej $k$ i okręgu $o$ w zależności od $a$.$r = 3, d = 2a - 1$
Położenie prostej $k$ względem okręgu $o$ zależy od wartości parametru $a$:
dla $a < 2$ prosta jest sieczną,
dla $a = 2$ prosta jest styczną,
dla $a > 2$ prosta jest rozłączna z okręgiem.
