Okrąg

Okrąg to zbiór wszystkich punktów znajdujących się w tej samej odległości od jednego punktu – środka okręgu.

Tę odległość nazywamy promieniem i oznaczamy literą r.

O r

Średnica przechodzi przez środek okręgu i ma długość dwóch promieni:

d = 2r

2. Długość okręgu

Długość całego okręgu obliczamy ze wzoru:

l = 2πr

Ponieważ d=2r, możemy również użyć wzoru:

l = πd
Najczęściej przyjmujemy π ≈ 3,14. Jeżeli jednak zadanie nie wymaga wyniku przybliżonego, najlepiej zostawić π w odpowiedzi.

Przykład

Okrąg ma promień r=5 cm. Oblicz jego długość.

l=2π·5
l=10π cm

3. Łuk i kąt środkowy

Kąt środkowy to kąt, którego wierzchołek znajduje się w środku okręgu.

Ramiona kąta przecinają okrąg w dwóch punktach i wyznaczają łuk.

O A B α

Długość łuku wyznaczonego przez kąt środkowy α obliczamy ze wzoru:

L = α 360° · 2πr

Przykład

Okrąg ma promień r=6 cm. Oblicz długość łuku wyznaczonego przez kąt środkowy 60°.

L = 60° 360° ·2π·6
L = 1 6 ·12π
L=2π cm

4. Wzajemne położenie dwóch okręgów

Mamy dwa okręgi o środkach O₁ i O₂ oraz promieniach r₁ i r₂.

Przez d oznaczamy odległość między ich środkami:

d = |O₁O₂|

Porównując d z sumą promieni oraz różnicą promieni, możemy określić wzajemne położenie okręgów.

A. Okręgi rozłączne zewnętrznie

O₁ O₂ r₁ r₂ d
d > r₁+r₂

Okręgi mają 0 punktów wspólnych.

B. Okręgi styczne zewnętrznie

O₁ O₂ r₁ r₂
d = r₁+r₂

Okręgi mają 1 punkt wspólny.

C. Okręgi przecinające się

O₁ O₂ d
|r₁−r₂| < d < r₁+r₂

Okręgi mają 2 punkty wspólne.

D. Okręgi styczne wewnętrznie

O₁ O₂
d = |r₁−r₂|

Okręgi mają 1 punkt wspólny.

E. Okręgi rozłączne wewnętrznie

O₁ O₂
d < |r₁−r₂|

Okręgi mają 0 punktów wspólnych.

Podsumowanie

Położenie Warunek Punkty wspólne
rozłączne zewnętrznie d > r₁+r₂ 0
styczne zewnętrznie d = r₁+r₂ 1
przecinające się |r₁−r₂| < d < r₁+r₂ 2
styczne wewnętrznie d = |r₁−r₂| 1
rozłączne wewnętrznie d < |r₁−r₂| 0
Jak rozwiązać takie zadanie?

1. Odczytaj środki O₁, O₂ oraz promienie r₁ i r₂.
2. Oblicz odległość d między środkami.
3. Oblicz r₁+r₂ oraz |r₁−r₂|.
4. Porównaj otrzymane liczby.
5. Określ położenie okręgów i liczbę punktów wspólnych.

5. Zadania

Zadanie 1

Punkty A i B leżą na okręgu o średnicy 10 cm oraz |AB|=5 cm. Oblicz długość krótszego łuku AB.

Pokaż rozwiązanie krok po kroku
Krok 1. Zróbmy rysunek

Zaznaczamy środek okręgu O oraz punkty A i B. Łączymy środek okręgu z punktami A i B.

O A B 5 cm 5 cm 5 cm 60°
OA = OB = AB = 5 cm
Krok 2. Obliczamy promień

Średnica ma 10 cm, więc promień jest równy:

r = 10 2 =5 cm

Zatem:

OA=OB=5 cm
Krok 3. Co zauważamy?

Z treści zadania wiemy również, że:

AB=5 cm

Czyli:

OA=OB=AB=5 cm

Trójkąt AOB ma wszystkie trzy boki tej samej długości. Jest więc trójkątem równobocznym.

Każdy jego kąt ma 60°, zatem:

∠AOB=60°
Kąt AOB jest kątem środkowym, który wyznacza szukany krótszy łuk AB.
Krok 4. Obliczamy długość łuku
L = 60° 360° ·2π·5
L = 1 6 ·10π
L = 5π 3 cm
Odpowiedź: długość krótszego łuku AB wynosi 5π 3 cm.
Zadanie 2

Oblicz długość łuku okręgu o średnicy d wyznaczonego przez kąt środkowy α:

a) d=12 cm, α=75°
b) d=30 cm, α=15°
c) d=5 cm, α=330°

Pokaż rozwiązanie krok po kroku

Ponieważ znamy średnicę, możemy skorzystać z zależności:

2πr=πd

Czyli:

L = α 360° ·πd
a) d=12 cm, α=75°
L= 75 360 ·12π
L= 5 24 ·12π
L= 5π 2 cm
b) d=30 cm, α=15°
L= 15 360 ·30π
L= 5π 4 cm
c) d=5 cm, α=330°
L= 330 360 ·5π
L= 55π 12 cm
Zadanie 3

Łuk okręgu wyznaczony przez kąt środkowy o mierze 20° ma długość 2π cm. Oblicz średnicę tego okręgu.

Pokaż rozwiązanie krok po kroku
Krok 1. Podstawiamy dane do wzoru
2π = 20° 360° ·2πr
Krok 2. Obliczamy promień
2π = 1 18 ·2πr
2π = πr 9
r=18 cm
Krok 3. Obliczamy średnicę
d=2r
d=2·18
d=36 cm
Odpowiedź: średnica okręgu wynosi 36 cm.
Zadanie 4

Oblicz miarę kąta środkowego wyznaczającego na okręgu o średnicy 18 cm łuk o długości 4π cm.

Pokaż rozwiązanie krok po kroku
Krok 1. Obliczamy promień
r= 18 2 =9 cm
Krok 2. Podstawiamy do wzoru
4π = α 360° ·2π·9
4π = α 360° ·18π
Krok 3. Wyznaczamy α
4 = 18α 360
4 = α 20
α=80°
Odpowiedź: kąt środkowy ma miarę 80°.
Zadanie 5

Wyznacz wartości n, dla których okrąg o środku P(n,0) i promieniu r₁=5 oraz okrąg o środku Q=(−1,0) i promieniu r₂=3 są styczne:

a) zewnętrznie,
b) wewnętrznie.

Pokaż rozwiązanie krok po kroku
Najpierw zobaczmy, czego szukamy

Środek jednego okręgu jest ustalony:

Q=(−1,0)

Natomiast środek drugiego okręgu ma współrzędne:

P=(n,0)

Oba punkty mają współrzędną y=0, czyli leżą na osi OX.

Szukamy takich wartości n, czyli takich położeń punktu P na osi OX, aby okręgi były styczne.

Punkt P może znaleźć się zarówno na prawo, jak i na lewo od punktu Q. Dlatego w każdym podpunkcie otrzymamy dwa rozwiązania.
a) Styczność zewnętrzna

Przy styczności zewnętrznej odległość między środkami jest równa sumie promieni:

d=r₁+r₂
d=5+3=8
Styczność zewnętrzna → środki muszą być oddalone o 8 jednostek.

Rysujemy sytuację w układzie współrzędnych

Punkt Q znajduje się w punkcie −1 na osi OX. Szukamy punktów oddalonych od niego o 8 jednostek.

x y −10 −9 −8 −7 −6 −5 −4 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Q=(−1,0) P₁=(−9,0) P₂=(7,0) d=8 d=8
Dwa możliwe położenia środka P: P₁=(−9,0) oraz P₂=(7,0).

Obliczenia

Odległość punktów P=(n,0) i Q=(−1,0) wynosi:

d=|n−(−1)|
d=|n+1|

Wiemy, że przy styczności zewnętrznej d=8, więc:

|n+1|=8

Są dwie możliwości:

n+1=8
n=7

lub:

n+1=−8
n=−9
a) n=7 lub n=−9
b) Styczność wewnętrzna

Przy styczności wewnętrznej odległość między środkami jest równa różnicy promieni:

d=|r₁−r₂|
d=|5−3|=2
Styczność wewnętrzna → środki muszą być oddalone o 2 jednostki.

Rysujemy sytuację w układzie współrzędnych

Punkt Q nadal znajduje się w punkcie −1. Szukamy teraz punktów na osi OX oddalonych od niego o 2 jednostki.

x y −6 −5 −4 −3 −2 −1 0 1 2 3 4 5 Q=(−1,0) P₁=(−3,0) P₂=(1,0) d=2 d=2
Dwa możliwe położenia środka P: P₁=(−3,0) oraz P₂=(1,0). Linia przerywana pokazuje dwa możliwe położenia okręgu o promieniu 5.

Obliczenia

Odległość między środkami wynosi:

d=|n+1|

Przy styczności wewnętrznej musi być równa 2:

|n+1|=2

Są dwie możliwości:

n+1=2
n=1

lub:

n+1=−2
n=−3
b) n=1 lub n=−3
Odpowiedź:

a) dla styczności zewnętrznej: n=7 lub n=−9

b) dla styczności wewnętrznej: n=1 lub n=−3
Zadanie 6

Narysuj w układzie współrzędnych okrąg o środku O₁ i promieniu r₁ oraz okrąg o środku O₂ i promieniu r₂. Podaj odległość między środkami tych okręgów. Ile mają one punktów wspólnych?

a) O₁=(−2,0), r₁=4, O₂=(−1,0), r₂=2
b) O₁=(0,−2), r₁=4, O₂=(0,3), r₂=1
c) O₁=(1,3), r₁=2, O₂=(4,3), r₂=5

Pokaż rozwiązanie krok po kroku
a) O₁=(−2,0), r₁=4, O₂=(−1,0), r₂=2

1. Rysujemy okręgi

Najpierw zaznaczamy środki O₁=(−2,0) i O₂=(−1,0). Następnie rysujemy okręgi o promieniach 4 i 2.

O₁(−2,0) O₂(−1,0)

2. Obliczamy odległość d

Oba środki leżą na osi OX, dlatego wystarczy obliczyć różnicę ich współrzędnych x:

d=|−1−(−2)|
d=1

3. Sprawdzamy położenie okręgów

Obliczamy różnicę promieni:

|r₁−r₂|=|4−2|=2

Porównujemy:

d=1 < 2=|r₁−r₂|

Mniejszy okrąg znajduje się wewnątrz większego, ale go nie dotyka.

Odpowiedź a):
d=1.
Okręgi są rozłączne wewnętrznie i mają 0 punktów wspólnych.
b) O₁=(0,−2), r₁=4, O₂=(0,3), r₂=1

1. Rysujemy okręgi

Zaznaczamy środki O₁=(0,−2) i O₂=(0,3), a następnie rysujemy okręgi o promieniach 4 i 1.

O₁ O₂

2. Obliczamy odległość d

Oba środki mają x=0, więc leżą na osi OY. Porównujemy ich współrzędne y:

d=|3−(−2)|
d=5

3. Sprawdzamy położenie okręgów

Obliczamy sumę promieni:

r₁+r₂=4+1=5

Otrzymaliśmy:

d=r₁+r₂

Jest to warunek styczności zewnętrznej. Okręgi dotykają się w jednym punkcie.

Odpowiedź b):
d=5.
Okręgi są styczne zewnętrznie i mają 1 punkt wspólny.
c) O₁=(1,3), r₁=2, O₂=(4,3), r₂=5

1. Rysujemy okręgi

Zaznaczamy środki O₁=(1,3) i O₂=(4,3). Mają tę samą współrzędną y, więc leżą na jednej poziomej prostej.

O₁ O₂

2. Obliczamy odległość d

Oba środki mają y=3, dlatego wystarczy obliczyć różnicę współrzędnych x:

d=|4−1|
d=3

3. Sprawdzamy położenie okręgów

Obliczamy różnicę promieni:

|r₁−r₂|=|2−5|=3

Otrzymaliśmy:

d=|r₁−r₂|

Jest to warunek styczności wewnętrznej. Mniejszy okrąg znajduje się wewnątrz większego i dotyka go w jednym punkcie.

Odpowiedź c):
d=3.
Okręgi są styczne wewnętrznie i mają 1 punkt wspólny.

Chcesz przerobić ten temat na spokojnie?

Umów bezpłatną lekcję próbną — wytłumaczę Ci wszystko krok po kroku.

Umów lekcję próbną