内切圆
几何学术语
内切圆(英文:Inscribed circle),是指与多边形的每一条边都相切的圆,称为该多边形的内切圆,而这个多边形叫做圆的外切多边形。内切圆是多边形内部最大的圆形,其圆心到多边形的各边等远。
在任意正多边形中都可以内切一个圆。与三角形各边都相切的圆叫做三角形的内切圆,内切圆的圆心也是三角形的内心,是三角形三条角平分线的交点。该三角形是圆的外切角形。常用的构造线是过圆心作垂直线段
定义
在数学中,若一个二维平面上的多边形的每条边都能与其内部的一个圆形相切,该圆就是多边形的内切圆,这时称这个多边形为圆外切多边形。它亦是多边形内部最大的圆形。内切圆的圆心被称为该多边形的内心。
一个多边形至多有一个内切圆,也就是说对于一个多边形,它的内切圆,如果存在的话,是唯一的。并非所有的多边形都有内切圆。三角形和正多边形一定有内切圆。拥有内切圆的四边形被称为圆外切四边形。
性质
(1)在三角形中,三个角的角平分线的交点是内切圆的圆心,圆心到三角形各个边的垂线段相等
(2)正多边形必然有内切圆,而且其内切圆的圆心和外接圆的圆心重合,都在正多边形的中心。
(3)常见构造线:过圆心作垂直。
计算
1)对于一般的三角形,三角形面积公式如下:
2)在直角三角形的内切圆中,有这样两个简便公式如下
(注:s是Rt△的面积,a, b是Rt△的2个直角边,c是斜边)
三角形的内切圆
任何三角形都有内切圆。这个内切圆的圆心称为内心,一般标记为I,是三角形内角平分线的交点。在三线坐标中,内心是1:1:1。内切圆的半径可以用公式{\displaystyle {\frac {2\triangle }{a+b+c}}}计算,其中{\displaystyle \triangle }表示三角形的面积,a、b、c为三角形的三个边长。三角形的外接圆半径R、内切圆半径r以及内外心间距OI之间有如下关系:{\displaystyle R^{2}-OI^{2}=2Rr}。直角三角形两股和等于斜边长加上该三角形内切圆直径{\displaystyle a+b=c+2r}。在直角座标系中,若顶点的座标分别为{\displaystyle (x_{1},y_{1})}、{\displaystyle (x_{2},y_{2})}、{\displaystyle (x_{3},y_{3})},则内心的座标为{\displaystyle ({\frac {ax_{1}+bx_{2}+cx_{3}}{a+b+c}},{\frac {ay_{1}+by_{2}+cy_{3}}{a+b+c}})}。
四边形的内切圆
不是所有的四边形都有内切圆,拥有内切圆的四边形称为圆外切四边形。凸四边形ABCD有内切圆当且仅当两对对边之和相等:{\displaystyle AB+CD=AD+BC}。圆外切四边形的面积和内切圆半径的关系为:{\displaystyle S_{ABCD}=rs},其中s为半周长。同时拥有内切圆和外接圆的四边形称为双心四边形。这样的四边形有无限多个。若一个四边形为双心四边形,那么其内切圆在两对对边的切点的连线相互垂直。
正多边形的内切圆
正多边形必然有内切圆,而且其内切圆的圆心和外接圆的圆心重合,都在正多边形的中心。边长为a的正多边形的内切圆半径为:{\displaystyle r_{n}={\frac {a}{2}}\cot \left({\frac {\pi }{n}}\right)}。其内切圆的面积为:{\displaystyle s_{n}=\pi r_{n}^{2}={\frac {\pi a^{2}}{4}}\cot ^{2}\left({\frac {\pi }{n}}\right)}。内切圆面积{\displaystyle s_{n}}与正多边形的面积{\displaystyle S_{n}}之比为:{\displaystyle \varphi _{n}={\frac {s_{n}}{S_{n}}}={\dfrac {{\frac {\pi a^{2}}{4}}\cot ^{2}\left({\frac {\pi }{n}}\right)}{{\frac {na}{2}}\left[{\frac {a}{2}}\cot \left({\frac {\pi }{n}}\right)\right]}}={\frac {\pi }{n}}\cot \left({\frac {\pi }{n}}\right)}。当正多边形的边数趋向无穷时,内切圆面积与正多边形面积的比值趋向于1。
扇形内切圆
与扇形⌒AOB的圆弧⌒AB及两条半径OA,OB都相切的圆叫扇形的内切圆。
内切圆圆心O′在扇形的圆心角AOB的角平分线上
(R是扇形半径,r是内切圆半径)
过O′作,垂足A,直角三角形
扇形面积是原来圆面积的
∴扇形的内切圆面积与扇形面积的比为
内切圆的半径为,当中S表示三角形的面积,C表示三角形的周长
内切圆等于外切圆的2分之1
面积与原正方形比为
参考资料
目录
概述
定义
性质
计算
三角形的内切圆
四边形的内切圆
正多边形的内切圆
扇形内切圆
参考资料