Коло і круг

Коло — єдина крива, з якою працює шкільна геометрія, і водночас основа для тіл обертання, тригонометрії та координатної геометрії. На НМТ ця тема дає задачі двох типів: обчислювальні (довжина, площа, дуга) і логічні — на властивості вписаних кутів, де відповідь часто знаходять узагалі без обчислень.

Основні поняття

Коло — множина всіх точок площини, рівновіддалених від заданої точки (центра). Ця відстань — радіус RR. Круг — частина площини, обмежена колом.

  • Діаметр d=2Rd = 2R — хорда, що проходить через центр (найбільша хорда).
  • Хорда — відрізок, що сполучає дві точки кола.
  • Дуга — частина кола між двома його точками.

Різниця між колом і кругом та сама, що між сферою і кулею: коло — сама лінія, круг — лінія разом із внутрішньою частиною. Тому в кола є довжина, а в круга — площа.

Довжина кола і площа круга

C=2πR=πd,S=πR2.C = 2\pi R = \pi d, \qquad S = \pi R^2.

Тут π≈3,14159\pi \approx 3{,}14159 — стале відношення довжини кола до діаметра. Порухай радіус:

Відповідь у частках π

На НМТ відповідь зручно лишати у частках π\pi: якщо R=5R = 5, то C=10πC = 10\pi, а S=25πS = 25\pi — не потрібно множити на наближене значення π\pi.

Приклад 1 — від довжини кола до площі круга

Довжина кола дорівнює 16π16\pi. Знайдемо площу круга.

  1. З формули довжини: 2πR=16π2\pi R = 16\pi, отже R=8R = 8;
  2. підставляємо в площу: S=πR2=64πS = \pi R^2 = 64\pi.

Відповідь: 64π64\pi. Зверни увагу на порядок: спершу знаходимо радіус, і лише потім рахуємо площу — «навпростець» тут не вийде, бо залежності різні (лінійна й квадратична).

Центральний і вписаний кути

Центральний кут — кут із вершиною в центрі. Вписаний кут — кут із вершиною на колі, сторони якого — хорди. Головна властивість:

∠впис=12 ∠центр,\angle_{\text{впис}} = \dfrac{1}{2}\,\angle_{\text{центр}},

якщо вони спираються на ту саму дугу. Зокрема, вписаний кут, що спирається на діаметр, — прямий (90°90°).

Із цієї властивості випливає ще один корисний наслідок: усі вписані кути, що спираються на одну дугу, рівні між собою — незалежно від того, де саме на колі лежить їхня вершина. Це дає готові пари рівних кутів у задачах на подібність трикутників.

Окремий випадок із діаметром варто запам'ятати як робочий інструмент: якщо в умові сказано, що трикутник вписаний у коло, а одна з його сторін — діаметр, то трикутник прямокутний, і далі працює теорема Піфагора.

Приклад 2 — вписаний кут

Центральний кут кола дорівнює 130°130°. Знайдемо вписаний кут, що спирається на ту саму дугу.

  1. Вписаний кут удвічі менший за центральний;
  2. отже, 130°2=65°\dfrac{130°}{2} = 65°.

Відповідь: 65°65°. Найчастіша помилка тут — помножити на два замість поділити. Орієнтир: вершина вписаного кута далі від дуги, тому «видно» її під меншим кутом.

Довжина дуги

Дуга з центральним кутом α\alpha — це α360∘\dfrac{\alpha}{360^\circ} частина кола:

l=α360∘⋅2πR.l = \dfrac{\alpha}{360^\circ}\cdot 2\pi R.

Формула працює за принципом частки: яку частину повного кута становить α\alpha, таку саму частину повної довжини кола становить дуга. Точно так само рахують площу сектора — лише замість довжини кола беруть площу круга.

Приклад 3 — довжина дуги

Радіус кола дорівнює 99, центральний кут дуги — 40°40°. Знайдемо довжину дуги.

  1. Частка від повного кута: 40°360°=19\dfrac{40°}{360°} = \dfrac{1}{9};
  2. довжина всього кола: 2π⋅9=18π2\pi \cdot 9 = 18\pi;
  3. довжина дуги: 19⋅18π=2π\dfrac{1}{9} \cdot 18\pi = 2\pi.

Відповідь: 2π2\pi.

Дотична

Дотична до кола перпендикулярна до радіуса, проведеного в точку дотику.

Із перпендикулярності випливає стандартний прийом: якщо з точки поза колом проведено дотичну, то радіус у точку дотику, відрізок дотичної й відстань від точки до центра утворюють прямокутний трикутник. Довжину дотичної знаходять теоремою Піфагора.

Типові помилки

  • Плутають радіус із діаметром. У формулах C=2πRC = 2\pi R і S=πR2S = \pi R^2 стоїть радіус. Якщо в умові дано діаметр, спершу поділи його навпіл.
  • Множать вписаний кут на два замість ділення. Удвічі більший — саме центральний.
  • Застосовують властивість вписаного кута до кутів на різних дугах. Рівність працює лише для кутів, що спираються на ту саму дугу.
  • Рахують частку дуги від 180°180°. Повний кут — 360°360°.
  • Плутають довжину дуги з площею сектора. У довжині фігурує 2πR2\pi R, у площі — πR2\pi R^2.

Перевір себе

Порада щодо вводу

Відповідь у частках π\pi вводь як 12*pi або символом 12π — перевірка порівнює чисельно.

Завдання формату НМТ

Завдання в тому вигляді, як їх дають на національному мультипредметному тесті: вибір однієї відповіді з п’яти (А–Д), установлення відповідності та коротка відповідь десятковим дробом. Там, де є позначка «Прототип», задачу побудовано за типом реального завдання НМТ минулих років; числа в умові щоразу нові.

  • Найбільша хорда

    Вибір А–Д · Прототип: НМТ 2023 · зошит 1 · №3

  • Радіуси ділять круг на рівні частини

    Вибір А–Д · Прототип: НМТ 2025 · зошит 1 · №2

  • Правильні твердження про коло

    Вибір А–Д · Прототип: НМТ 2023 · зошит 2 · №10

  • Довжина кола за площею круга

    Коротка відповідь

Приклади розв’язання завдань НМТ

Так розв’язують завдання формату НМТ із цієї теми — по одному прикладу на кожен формат: вибір відповіді, відповідність, коротка відповідь. У розділі «Завдання формату НМТ» числа щоразу нові, а тут кожен крок розписано.

  1. 1Найбільша хорда
    Вибір А–Д
    Прототип: НМТ 2023 · зошит 1 · №3
    Точки A A і B B лежать на колі радіуса 19. 19. Укажіть найбільше можливе значення довжини відрізка AB. AB.
    • А361361
    • Б19π19\pi
    • В1919
    • Г7676
    • Д3838
    Найбільша хорда кола — діаметр.
    Показати розв’язання
    1. 1
      ABmax⁡=2R=38AB_{\max} = 2R = 38
    Відповідь: Д) 38 38
  2. 2Радіуси ділять круг на рівні частини
    Вибір А–Д
    Прототип: НМТ 2025 · зошит 1 · №2
    Від центра O O круга проведено три радіуси, які поділяють круг на три рівні частини. Визначте градусну міру кута між двома сусідніми радіусами.
    • А124∘124^\circ
    • Б90∘90^\circ
    • В60∘60^\circ
    • Г120∘120^\circ
    • Д180∘180^\circ
    Повний кут навколо центра — 360∘. 360^\circ.
    Показати розв’язання
    1. 1
      360∘:3=120∘360^\circ : 3 = 120^\circ
    Відповідь: Г) 120∘ 120^\circ
  3. 3Довжина кола за площею круга
    Коротка відповідь
    Довжина кола дорівнює 8π. 8\pi. Знайдіть площу круга, обмеженого цим колом. У відповіді запишіть значення Sπ. \dfrac{S}{\pi}.
    C=2πR, S=πR2.C = 2\pi R,\ S = \pi R^2.
    Показати розв’язання
    1. 1
      R=4R = 4
    2. 2
      S=16π⇒Sπ=16S = 16\pi \Rightarrow \dfrac{S}{\pi} = 16
    Відповідь: 1616