方べきの定理とその逆

円と点に対して決まる次の値のことを 方べき(の値)という.

\((\) 点と円の中心の距離 \()^2\hspace{5pt}-\hspace{5pt}(\) 円の半径 \()^2\)


よく知られた次の2つの定理は, その値が,

方べきの値に等しい

ことを述べている定理である.
(ただし,点\({\rm{P}}\)が円の内部にある時は, 方べきの値の\(-1\)倍に等しい)

方べきの定理1

点\({\rm{P}}\)を通る2直線が, 円とそれぞれ 2点\({\rm{A}}\),\({\rm{B}}\)と 2点\({\rm{C}}\),\({\rm{D}}\)で交わっている時, $${\rm{PA}}\cdot{\rm{PB}}={\rm{PC}}\cdot{\rm{PD}}$$ が成り立つ.

方べきの定理2

円の外にある点\({\rm{P}}\)を通る2直線の一方が, 円と2点\({\rm{A}}\),\({\rm{B}}\)で交わり, もう一方が 点\({\rm{T}}\)で接している時, $${\rm{PA}}\cdot{\rm{PB}}={\rm{PT}}^2$$ が成り立つ.

方べきの定理の証明には, 円周角の定理円に内接する四角形の性質接弦定理 が用いられる.

また,次の方べきの定理の逆についても証明する.

方べきの定理の逆

  • 2つの線分\({\rm{AB}}\),\({\rm{CD}}\), またはそれらの延長線どうしが 点\({\rm{P}}\)で交わり, $${\rm{PA}}\cdot{\rm{PB}}={\rm{PC}}\cdot{\rm{PD}}$$ が成り立つなら, 4点\({\rm{A, B, C, D}}\)は, 同一円周上にある.
  • 円の弦\({\rm{AB}}\)の延長線上の点\({\rm{P}}\)と その円周上の点\({\rm{T}}\)に対して, $${\rm{PA}}\cdot{\rm{PB}}={\rm{PT}}^2$$ が成り立つなら, \({\rm{PT}}\)はこの円に接する.

方べきの定理の逆の証明には, 円周角の定理の逆四角形が円に内接するための条件接弦定理の逆 が用いられる.


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