1. Définitions fondamentales
Un cercle de centre O et de rayon r est l'ensemble de tous les points situés à une distance exactement égale à r du point O. Le cercle est donc uniquement la ligne courbe, pas la surface intérieure.
Un disque de centre O et de rayon r est l'ensemble de tous les points situés à une distance inférieure ou égale à r du point O. Le disque comprend le cercle et toute la surface intérieure.
Le rayon r est la distance entre le centre O et n'importe quel point du cercle. Le diamètre d est un segment qui passe par le centre et relie deux points du cercle. On a toujours , soit .
2. Corde, arc et secteur angulaire
Une corde est un segment reliant deux points d'un cercle, sans nécessairement passer par le centre (le diamètre est une corde particulière qui passe par le centre).
Un arc de cercle est une portion du cercle délimitée par deux points. Deux points du cercle définissent deux arcs : le petit arc et le grand arc.
Un secteur angulaire (ou secteur de disque) est la portion de disque délimitée par deux rayons et un arc de cercle, semblable à une « part de camembert ».
3. Positions relatives d'un point et d'un cercle
Soit un cercle de centre O et de rayon r, et un point M du plan. On compare la distance OM au rayon r :
• Si : le point M est intérieur au cercle (dans le disque).
• Si : le point M est sur le cercle.
• Si : le point M est extérieur au cercle.
4. Positions relatives de deux cercles
Deux cercles de centres O et O' et de rayons r et r' peuvent être dans différentes configurations selon la distance OO' :
• Cercles sécants : ils se coupent en deux points.
• Cercles tangents extérieurement : ils se touchent en un seul point, chacun à l'extérieur de l'autre. On a .
• Cercles tangents intérieurement : ils se touchent en un seul point, l'un étant à l'intérieur de l'autre. On a .
• Cercles concentriques : même centre O, rayons différents.
• Cercles disjoints (extérieurs l'un à l'autre) : aucun point commun, .
5. Périmètre d'un cercle
Le périmètre (ou circonférence) d'un cercle de rayon r et de diamètre d est donné par :
La valeur de (pi) est approximativement égale à On utilise souvent au collège, ou la touche de la calculatrice pour plus de précision.
6. Aire d'un disque
L'aire (surface) d'un disque de rayon r est donnée par :
Attention : on utilise bien le rayon r (et non le diamètre) dans cette formule. Si on connaît le diamètre d, on calcule d'abord avant d'appliquer la formule.
7. Unités et conversions
Le périmètre s'exprime dans une unité de longueur (cm, m, mm…). L'aire s'exprime dans une unité d'aire (cm², m², mm²…). Il ne faut jamais mélanger les unités dans un même calcul. Penser à convertir les données si nécessaire avant de calculer.
8. Symétrie et cercle
Un cercle admet une infinité d'axes de symétrie : tout diamètre est un axe de symétrie du cercle. Le cercle est aussi symétrique par rapport à son centre O (symétrie centrale). Ces propriétés sont très utiles en géométrie pour justifier qu'un point est bien le milieu d'une corde, ou qu'un angle est droit.