Как найти вид уравнения окружности

Уравнение окружности.

Окружностью принято обозначать множество всех точек плоскости, равноудаленных от одной точки – от центра.

В формулировке окружности упоминается расстояние между точкой окружности и центром.

Формула расстояния между двумя точками М₁(х₁; у₁) и М₂(х₂; у₂) имеет вид:

,

Применив формулу и формулировку окружности, получаем уравнение окружности с центром в точке С (х₀; у₀) и радиусом r.

Отметим произвольную точку М(х; у) на этой окружности.

.

Предположим, что М принадлежит окружности с центром С и радиусом r, то МС = r.

Следовательно, МС 2 = r 2 и координаты точки М удовлетворяют уравнению окружности (х – х₀ ) 2 +(у – у₀ ) 2 = r 2 .

Из выше изложенного делаем вывод, что уравнение окружности с центром в точке С (х₀; у₀) и радиусом r имеет вид:

В случае когда центр окружности совпадает с началом координат, то получаем частный случай уравнения окружности с центром в точке О (0;0):

Уравнение окружности по заданному центру и радиусу в различных формах

Этот онлайн-калькулятор показывает уравнение окружности в стандартной, параметрической и общей формах, по заданному центру и радиусу окружности. Описание и формулы приведены под калькулятором

Уравнение окружности по заданному центру и радиусу в различных формах

Центр окружности

Уравнение окружности

Уравнение окружности – это алгебраический способ описания всех точек, лежащих на некоторой окружности. То есть если координаты точки x и y обращают уравнение окружности в равенство – эта точка принадлежит данной окружности. Существуют разные формы записи уравнения окружности:

• общее уравнение окружности
• стандартное уравнение окружности 1
• параметрическое уравнение окружности
• уравнение окружности в полярных координатах

Общее уравнение окружности

Общее уравнение окружности с центром и радиусом выглядит так:
,
где

В таком виде довольно сложно судить о свойствах заданной этим уравнением окружности, а именно, о координатах центра и радиусе. Но эту форму достаточно легко привести к стандартной форме (ниже), которая гораздо нагляднее.

Стандартное уравнение окружности

Стандартное уравнение окружности с центром и радиусом выглядит так:

Переход от общей формы к стандартной заключается в применении метода выделения полного квадрата. Получив стандартную форму, можно легко узнать координаты центра и радиус. Подробнее можно посмотреть здесь – Метод выделения полного квадрата и здесь – Нахождение центра и радиуса окружности по общему уравнению окружности.

Параметрическое уравнение окружности

Параметрическое уравнение окружности с центром и радиусом выглядит так:

Уравнение называется “параметрическим”, потому что и x и y зависят от “параметра” тета. Это переменная, которая может принимать любые значения (но конечно это должно быть одно и то же значение в обоих уравнениях). Для параметрического уравнения используется определение синуса и косинуса в прямоугольном треугольнике построенном на радиусе и перпендикуляров от точки на окружности до координатных осей.

Уравнение окружности в полярных координатах

Для записи уравнения окружности в полярных координатах требуются полярные координаты центра окружности по отношению к началу координат. Если полярные координаты центра окружности – это , то полярные координаты точки окружности должны удовлетворять следующему уравнению:
,
где a – радиус окружности.

Так, во всяком случае, его называют в англоязычной литературе. Насчет русского термина я не уверен, по-моему эту форму рассматривают просто как еще один способ записи общего уравнения окружности, тем более что переход от общего уравнения к стандартному довольно простой. ↩

Уравнение с двумя переменными и его график. Уравнение окружности

п.1. Понятие уравнения с двумя переменными

Мы уже знакомы со многими функциями и умеем их записывать в виде формул:
y = 2x + 5 – прямая, y = 5x 2 + 2x – 1 – парабола, (mathrm) – гипербола.

Если записать такое выражение: x 2 (x + y) = 1 – y – в нём тоже есть две переменные x и y, и постоянная 1.

Для наших примеров:
F(x; y) = 2x – y + 5 = 0 – прямая
F(x; y) = 5x 2 + 2x – y – 1 = 0 – парабола
F(x; y) = (mathrm<frac1x>) – y = 0 – гипербола
F(x; y)=x 2 (x + y) + y – 1 = 0 – некоторая кривая (график – ниже).

п.2. Обобщенные правила преобразования графика уравнения

Пусть F(x; y) = 0 – исходный график некоторой функции

Симметричное отображение относительно оси OY

Симметричное отображение относительно оси OX

Центральная симметрия относительно начала координат

Параллельный перенос графика на a единиц вправо

Параллельный перенос графика на a единиц влево

Параллельный перенос графика на b единиц вниз

Параллельный перенос графика на b единиц вверх

Сжатие графика к оси OY в a раз

Сжатие графика к оси OX в b раз

F(x; by) = 0
0 Например:

Окружность с центром в точке O(2; 1) и радиусом R = 3 задаётся уравнением: $$ mathrm <(x-2)^2+(y-1)^2=9>$$

п.4. Примеры

Пример 1. Постройте график уравнения:
а) 2x + 7y – 14 = 0
Выразим y из уравнения: ( mathrm<7>=-frac<2> + 2 > ) – это прямая

б) xy + 4 = 0
Выразим y из уравнения: ( mathrm> ) – это гипербола

в) ( x+ 2) 2 + y 2 = 4
Это – уравнение окружности с центром O(–2; 0), радиусом ( mathrm=2> )

г) x 2 + 5y – 2 = 0
Выразим y из уравнения: ( mathrm<5>> ) – это парабола

Пример 2*. Постройте график уравнения:
а) 2|x| + 5y = 10
( mathrm<5>=-frac25|x|+2> )
Строим график для ( mathrm ), а затем отражаем его относительно оси OY в левую полуплоскость.

б) 3x + |y| = 6
|y| = –3x + 6
Строим график для y > 0: y = –3x + 6, а затем отражаем его относительно оси OX в нижнюю полуплоскость.

в) |x| + |y| = 2
|y| = –|x| + 2
Строим график для x > 0, y > 0: y = –x + 2, а затем отражаем его относительно осей OX и OY.

г) |x – 1| + |y – 2| = 4
Получим тот же ромб (квадрат), что и в (в), но его центр будет перенесен из начала координат в точку O(1; 2).

д) (mathrm<frac<|x-1|><2>+2|y-2|=4>)
Ромб по x растянется в 2 раза по диагонали, а по y – сожмётся в 2 раза по диагонали.

Пример 3. Постройте график уравнения:
а) x 2 + y 2 + 4x – 6y + 4 = 0
Выделим полные квадраты:
(x 2 + 4x + 4) + (y 2 – 6y + 9) – 9 = 0
(x + 2) 2 + (y – 3) 2 = 3 2 – уравнение окружности с центром (–2; 3), радиусом 3.

[spoiler title=”источники:”]

http://planetcalc.ru/8115/

http://reshator.com/sprav/algebra/9-klass/uravnenie-s-dvumya-peremennymi-i-ego-grafik-uravnenie-okruzhnosti/

[/spoiler]

Выделяют четыре
основных типа кривых второго порядка:
окружность,
эллипс, гипербола и парабола.

1. Окружность

Определение.
Окружностью
называется множество, состоящее из всех
точек плоскости, находящихся на равном
расстоянии R от фиксированной точки С.

Число R
называется радиусом
окружности, точка С
– центром.

Воспользуемся
определением окружности для вывода ее
уравнения.

П

Рис. 5

усть точка

– центр окружности. Точка

– произвольная точка окружности, а
радиус этой окружности равен
.
По определению
,
тогда, используя формулу вычисления
длины вектора
,
имеем
,
тогда

.
Возведем обе части равенства в квадрат.
Тогда уравнение окружности с центром
в точке

и радиусом R
имеет вид:

каноническое
уравнение окружности

В частности,
уравнение окружности с центром в начале
координат и радиусом R
имеет вид:
.

Пример

Составить
каноническое уравнение окружности,
центр которой находится в точке
,
а диаметр
.

Решение:

Найдем радиус
,
тогда уравнение окружности имеет вид

или
.

Пример

Построить окружность
по заданному уравнению
.
Привести каноническое уравнение к
общему виду.

Решение:

П

Рис. 6

о заданному уравнению определяем,
что центр окружности
,
а радиус
.
Теперь преобразуем каноническое
уравнение к общему виду

или
,
полученное уравнение является общим
уравнением окружности с центром в точке

и радиусом
.

Возможно решение
обратной задачи: общее уравнение
преобразовать в каноническое.

2. Эллипс

Определение
1. Эллипсом
называется множество, состоящее из всех
точек плоскости, сумма расстояний от
каждой из которых до двух заданных точек
плоскости

и
,
называемых фокусами, есть величина
постоянная, большая, чем расстояние
между фокусами.

В случае, когда
фокусы эллипса

и

расположены
на оси Ox
(или на оси Oy)
симметрично относительно начала
координат, его уравнение называется
каноническим
и имеет
вид:

.

Обозначим через
2с
расстояние между фокусами эллипса. Если
a >
b
(a <
b),
то фокусы эллипса расположены на оси
Ox
(на оси Oy)
и


(cм. рис. 7). Фокусы эллипса всегда лежат
на большей оси. Отрезки ОА
и ОВ
называются полуосями
эллипса. Точки пересечения линии эллипса
с осями координат А,
В,
А₁,
В₁
называются вершинами
эллипса.
Эллипс имеет две оси симметрии (в случае,
если эллипс задается каноническим
уравнением, оси симметрии совпадают с
осями координат) и центр симметрии (в
случае, если эллипс задается каноническим
уравнением, центр симметрии совпадает
с началом координат).

Рис. 7

Для количественной
оценки формы эллипса введена величина,
называемая эксцентриситетом эллипса.

Определение
2.
Эксцентриситетом
эллипса называется величина, равная
отношению расстояния между фокусами к
длине его большей оси.

Обозначим
эксцентриситет эллипса через .
Пусть a >
b
(a <
b).
Тогда

().
Так как 0 <
с < a (0 <
с < b)
, то 0 < 
< 1. Чем ближе эксцентриситет к единице,
тем эллипс более вытянут вдоль большей
оси.

3. Гипербола

Определение
1. Гиперболой
называется множество, состоящее из всех
точек плоскости, модуль разности
расстояний от которых до двух фиксированных
точек

и
,
называемых фокусами, есть величина
постоянная, меньшая, чем расстояние
между фокусами, и отличная от нуля.

Каноническое
уравнение
гиперболы имеет вид:

(1)

(в случае, если
фокусы

и

расположены
на оси Ох
симметрично относительно начала
координат, см. рис. 8) или

(2)

(в случае, если
фокусы

и

расположены
на оси Оу
симметрично
относительно начала координат, см. рис.
9).

Гиперболы, заданные
уравнениями (1) и (2), называются сопряженными
относительно друг друга.

Обозначим через
2с
расстояние между фокусами гиперболы.
Тогда
.

Рис. 8 Рис. 9

Точки А и А₁ – вершины
гиперболы. Точки В и В₁ –
вершины гиперболы.

Прямоугольник,
составленный прямыми

,
называется основным
прямоугольником гиперболы.
Его диагонали совпадают с прямыми
,
которые являются асимптотами
гиперболы. Отрезки ОА
= a и OB = b
называются полуосями
гиперболы. Ось координат, на которой
расположены фокусы гиперболы (и которую
пересекает гипербола) называется
действительной,
другая ось координат (с которой у
гиперболы нет общих точек) – мнимой.

Гипербола называется
равносторонней,
если длины осей равны
.

Форму гиперболы
определяет отношение длин основного
прямоугольника. Для количественной
оценки формы гиперболы, как и в случае
эллипса, вводится понятие эксцентриситета.

Определение
2.
Эксцентриситетом
гиперболы называется величина, равная
отношению половины расстояния между
фокусами к длине действительной полуоси.

Обозначим
эксцентриситет гиперболы через .
Для гиперболы, заданной уравнением (1),
;
для гиперболы, заданной уравнением (2)
.
Так как 0 <
а < с и
0 <
b
< с, то 
> 1. Чем ближе эксцентриситет к единице,
тем основной прямоугольник гиперболы
более вытянут вдоль ее оси, соединяющей
вершины.

4. Парабола

Определение.
Параболой
называется множество, состоящее из всех
точек на плоскости, для которых расстояние
до некоторой фиксированной точки F,
называемой фокусом, равно расстоянию
до некоторой фиксированной прямой,
называемой директрисой.

На рисунках 10–13
представлены все простейшие случаи
расположения параболы и соответствующие
им канонические уравнения.

p
– параметр, он равен расстоянию между
фокусом и директрисой;

точка F
– фокус.

Рис. 10
Рис. 11

На рис. 10 парабола
;
уравнение директрисы
.

На рис. 11 парабола
;
уравнение директрисы
.

Рис. 12
Рис. 13

На рис. 12 парабола
;
уравнение директрисы
.

На рис. 13 парабола
;
уравнение директрисы
.

Пример

По заданному
каноническому уравнению

построить кривую,
найти координаты фокусов.

Решение:

Заданное
уравнение есть уравнение эллипса, где
,
,
следовательно,
,
,
тогда
.

На оси

отметим точки

и
,
а на оси

отметим

и

это вершины эллипса.

Соединим полученные
точки плавной линией. Прямоугольных
участков быть не должно. Эллипс – это
сжатая окружность.

Найдем фокусы
эллипса, так как
,
то фокусы располагаются на оси

и имеют координаты

и
.

Пример

Общее уравнение

кривой привести к каноническому виду,
построить кривую, найти координаты
фокусов.

Решение:

Перенесем свободный
член вправо
.
Разделим слагаемое уравнения на 225,
получим
,
это уравнение
соответствует
каноническому уравнению эллипса, где
,
,
следовательно,
,
,
тогда
.

На оси

отметим точки

и
,
а на оси

отметим

и

– это вершины эллипса.

Найдем фокусы
эллипса, так как
,
то фокусы располагаются на оси

и имеют координаты

и
.

Пример

Дано каноническое
уравнение гиперболы
.
Записать уравнение гиперболы, сопряженной
с заданной. Найти координаты фокусов и
построить обе гиперболы.

Решение:

Уравнение

соответствует гиперболе, у которой
действительная ось симметрии есть ось
.
Следовательно, уравнение сопряженной
гиперболы
,
у которой действительная ось симметрии
есть ось
.
Межфокусное расстояние у сопряженных
гипербол одинаковое, равно
,
где
.

Подготовка
к построению сопряженных гипербол
одинаковая. На осях координат строим
основной прямоугольник со сторонами

и
.
Прямоугольник строится так, чтобы точка
пересечения его диагоналей совпадала
с началом координат. Продолжение
диагоналей являются асимптотами
гиперболы. В нашем случае уравнения
асимптот имеют вид:
.
Для уравнения заданной гиперболы вершины
гиперболы

и
,
так же как и фокусы

и
,
находятся на оси
.
Линия гиперболы касается вспомогательного
прямоугольника только в одной точке
(вершине) и плавно стремится к асимптотам.
Для уравнения сопряженной гиперболы
вершины гиперболы

и
,
так же как и фокусы

и
,
находятся на оси
.

Рис. 16

Пример

Построить
по заданному уравнению параболы
,
определить координаты фокуса, составить
уравнение директрисы.

Решение:

Данное
уравнение

– это уравнение параболы с осью симметрии
.
Для нахождения координат фокуса надо
найти параметр
.
Сравнивая каноническое уравнение
параболы

и заданное уравнение
,
находим
,
откуда
.
Следовательно,

и уравнение директрисы
,
а ветви параболы направлены вверх. Кроме
вершины

найдем еще хотя бы 4 точки, принадлежащие
данной параболе (рис. 17). Для этого
составим таблицу

	0
	0	1	4

Пример

Привести
уравнение

к каноническому виду и выполнить задания
предыдущего примера.

Решение:

Преобразуем
уравнение к каноническому виду
.
Это уравнение соответствует уравнению

,
то есть уравнению параболы с осью
симметрии
.
Аналогично предыдущему примеру находим
,
откуда
.
Следовательно,

и уравнение директрисы
,
а ветви параболы направлены влево. Кроме
вершины

найдем еще хотя бы 4 точки, принадлежащие
данной параболе (рис. 18). Для этого
составим таблицу

	0	-1,5	-6
	0

62

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Содержание:

Окружность:

Определение: Кривой второго порядка называется линия, описываемая уравнением

Замечание: Если коэффициенты

При определенных значениях параметров, входящих в это уравнение, оно дает канонические у равнения окружности, эллипса (не путать с овалом), гиперболы и параболы. Рассмотрим эти кривые второго порядка в указанной последовательности.

Определение: Окружностью называется геометрическое место точек равноудаленных от выделенной точки называемой центром окружности, на расстояние R, которое называется радиусом окружности.

Получим уравнение окружности (Рис. 27). Пусть точка М(х;у) лежит на окружности:

Рис. 27. Вывод уравнения окружности.

Из рисунка видно, что по теореме Пифагора которое определяет уравнение окружности (Рис. 28):

Рис. 28. Окружность.

Если то уравнение принимает вид который называется каноническим уравнением окружности.

Пример:

Составить уравнение окружности, центр которой совпадает с точкой М (2; 1), прямая линия является касательной к окружности.

Решение:

Радиус окружности равен расстоянию от центра окружности точки М (2; 1) до прямой l, т.е.

В уравнении окружности таким образом оно имеет вид:

Пример:

Составить уравнение окружности, касающейся двух параллельных прямых причем одной из них в т. А (1; 2).

Решение:

Прежде всего определим, на какой из прямых или лежит точка A(1; 2). Для этого подставим ее координаты в уравнения прямых

следовательно, точка A(1; 2) принадлежит линии (в сокращенной форме это предложение пишут так: где значок означает “принадлежит”. Таким образом, диаметр окружности D равен расстоянию от точки A(1; 2) до прямой

а радиус окружности Найдём координаты центра окружности точки которая делит отрезок АВ пополам. Вначале составим уравнение прямой (АВ) и вычислим координаты точки перейдем от общего уравнения прямой к уравнению прямой с угловым коэффициентом Так как прямаято её угловой коэффициент Прямая (АВ) проходит через известную точку A(1;2), следовательно, Отсюда находим Таким образом,уравнение прямой (АВ):

Найдем координаты точки B, которая является пересечением прямых и (АВ), т.е. решим систему линейных алгебраических уравнений, составленную из уравнений прямых и (АВ): (В): Подставим выражение для переменной у из второго у равнения в первое, получим Подставив это значение во второе уравнение системы, найдем т.е.

Для вычисления координат точки О применим формулы деления отрезка пополам (О): в этой формуле (координаты точки О), (координаты точки А), (координаты точки В), следовательно, т.е. координаты точки О

Таким образом, уравнение искомой окружности имеет вид:

Окружность в высшей математике

Рассмотрим уравнение

которое получается из уравнения (I), если положить , .

Если в формулу, выражающую расстояние между двумя точками, подставить , , то получим Из уравнения (1) находим, что , т. е. . Это значит, что все точки , координаты которых удовлетворяют уравнению (1), находятся на расстоянии от начала координат. Следовательно, геометрическое место точек, координаты которых удовлетворяют уравнению (1), есть окружность радиуса с центром в начале координат. Аналогично получаем, что уравнение определяет окружность радиуса с центром в точке .

Пример:

Найдем уравнение окружности с центром в точке и радиусом, равным 10.

Решение:

Полагая, получим .

Разрешим это уравнение относительно , будем иметь

и

Первое из этих уравнений есть уравнение верхней половины окружности, второе—нижней.

Центральный угол. Градусная мера дуги

Дуга окружности. Если отметить на окружности точки и , то окружность разделится на две дуги: большую дугу (мажорная дуга) и меньшую дугу (минорная дуга). Если точка является какой-либо точкой дуги , то . Если точки и являются концами диаметра, го каждая дуга является полуокружностью.

Центральный угол. Угол, вершина которого находится в центре окружности, называется центральным углом. Дугу окружности можно измерять в градусах. Градусная мера дуги равна градусной мере соответствующего центрального угла:

Сумма всех центральных углов окружности, не имеющих общую внутреннюю точку, равна

Дуги окружности и их величины

Пример: минорная дуга:

мажорная дуга:

Конгруэнтные дуги

В окружности конгруэнтным центральным углам соответствуют конгруэнтные дуги и наоборот.

Если

Если

Длина дуги

Какую часть составляет центральный угол от всей окружности, такую же часть длина дуги составляет от длины всей окружности.

Длина дуги в равна части длины окружности.

Длина дуги, соответствующей центральному углу с градусной мерой , составляет части длины окружности:

Длина дуги выражается единицами измерения длины (мм, см, м, и т.д.)

Пример №1

Длина окружности равна 72 см. Найдите длину дуги, соответствующей центральному углу .

Решение:

Так как центральный угол составляет часть полного угла, то длина искомой дуги:

Пример №2

Найдите длину дуги, соответствующей центральному углу в окружности радиусом 15 см.

Решение: подставляя значения в формулу длины дуги находим:

Окружность и хорда

Теорема о конгруэнтных хордах

Теорема 1. Хорды, стягивающие конгруэнтные дуги окружности, конгруэнтны.

Обратная теорема 1. Дуги, стягиваемые конгруэнтными хордами окружности, конгруэнтны.

1)Если , то

2)Если

Доказательство теоремы 1:

Теорема о серединном перпендикуляре хорд

Теорема 2.

Диаметр, перпендикулярный хорде, делит хорду и соответствующую дугу пополам.

Если

Доказательство теоремы 2.

Дано: – центральный угол,

Докажите:

Начертите радиусы и окружности.

Следствие 1. Прямая, проходящая через центр окружности и перпендикулярная хорде, делит хорду и ее дугу пополам.

Следствие 2. Центр окружности расположен на серединном перпендикуляре хорды. Серединный перпендикуляр хорды проходит через центр окружности.

Пример: Найдите расстояние от центра до хорды длиной 30 единиц в окружности радиусом 17 единиц. Если , то . Из по теореме Пифагора имеем:

Теорема о хордах, находящихся на одинаковом расстоянии от центра окружности

Теорема 3.

Конгруэнтные хорды окружности находятся на одинаковом расстоянии от центра окружности.

Если , то

Обратная теорема 3. Хорды, находящиеся на одинаковом расстоянии от центра окружности, конгруэнтны.

Доказательство теоремы 3

Дано: Окружность с центром

Докажите:

Доказательство (текстовое): Прямая, проходящая через центр окружности и перпендикулярная хорде, делит хорду и стягивающую ее дугу пополам. и – серединные перпендикуляры конгруэнтных хорд и . , так как они являются половиной конгруэнтных хорд. Начертим радиусы окружности и : . Прямоугольные треугольники, и конгруэнтны (по катету и гипотенузе). Так как и являются соответствующими сторонами данных треугольников, то они конгруэнтны: . Теорема доказана.

Задача. Хорды и находятся на одинаковом расстоянии от центра окружности. . Если радиус окружности равен 41 единице, то найдите .

Решение: Так как хорды и находятся на одинаковом расстоянии от центра, то они конгруэнтны: Соединим точки и с точкой В прямоугольном треугольнике ; ; ;

Так как

Угол, вписанный в окружность

Угол, вершина которого лежит на окружности, а стороны пересекают окружность, называется углом вписанным в окружность. Дуга, соответствующая углу, вписанному в окружность, называется дугой, на которую опирается этот угол.

является углом вписанным в окружность с центром , а дуга, на которую опирается этот угол. Ниже показаны три разных угла, вписанных в окружность.

Угол, вписанный в окружность:

Теорема 1. Градусная мера угла, вписанного в окружность, равна половине градусной меры дуги, на которую он опирается.

Доказательство (текстовое): и радиусы окружности и равнобедренный треугольник. Значит, Так как является внешним углом , Если примем, что , то Так как градусные меры центрального угла и опирающейся на него дуги равны, то Следовательно, .

Следствие 1. Угол, вписанный в окружность, равен половине соответствующего центрального угла.

Следствие 2. Угол, вписанный в окружность и опирающийся на диаметр (полуокружность), является прямым углом.

Конгруэнтные углы, вписанные в окружность

Следствие 3. Вписанные углы, опирающиеся на одну и ту же дугу, конгруэнтны. , .

Следствие 4. Вписанные углы, опирающиеся на конгруэнтные дуги, конгруэнтны. Если , то .

Касательная к окружности

Касательная. Признак касательной

Прямая, имеющая одну общую точку с окружностью, называется касательной. Теорема 1. Касательная к окружности перпендикулярна к радиусу, проведенному в точку касания.

Прямая является касательной к окружности. Значит, Обратная теорема (признак касательной): Прямая, проходящая через точку окружности и перпендикулярная радиусу, проведенному в эту точку, является касательной окружности.

Прямая, касающаяся обеих окружностей, называется общей касательной этих окружностей. Окружности, касаясь друг друга изнутри или извне, могут иметь общую касательную в одной точке. Также окружности могут касаться одной касательной в разных точках.

Две окружности могут иметь несколько общих касательных или вообще не иметь общих касательных.

Доказательство теоремы 1. Если прямая – касательная к окружности, значит, она имеет единственную общую точку с окружностью. Допустим, что прямая не перпендикулярна радиусу Проведем и на прямой выделим отрезок Тогда так как Значит, точка также находится на окружности. То есть прямая имеет с окружностью две общие точки, что противоречит условию. Значит,

Свойства касательных, проведенных к окружности из одной точки

Теорема 2. Отрезки касательных к окружности, проведенных из одной точки, конгруэнтны, и центр окружности находится на биссектрисе угла, образованного касательными.

и касательные, проведенные из точки к окружности с центром

Углы, образованные секущими и касательными

Прямая, имеющая две общие точки с окружностью, называется секущей окружности.

Углы между двумя секущими

Вершина угла находится внутри окружности

Теорема. Если вершина угла, образованного двумя секущими, находится внутри окружности, то градусная мера угла равна полусумме величин дуг на которые опирается этот угол и угол вертикальный данному.

Углы между касательной и секущей

Вершина угла находится на окружности

Теорема. Если вершина угла, образованного касательной и секущей, находится на окружности, то градусная мера угла равна половине градусной меры дуги, на которую он опирается.

Углы, образованные касательной и секущей

Вершина угла находится вне окружности

Теорема 1.

Градусная мера угла, образованного секущей и касательной, двумя касательными, двумя секущими окружности (если вершина угла находится вне окружности), равна половине разности градусных мер дуг, находящихся между сторонами угла.

Отрезки секущих и касательных

Длина отрезков, секущих окружность

Теорема 1. При пересечении двух хорд, произведение отрезков одной хорды, полученных точкой пересечения, равно произведению отрезков второй хорды.

Теорема 2. Если из точки провести две прямые, пересекающие окружность соответственно в точках и , и то верно равенство

Теорема 3. Если из точки проведены прямая, которая пересекает окружность в точках и и касательная к окружности в точке то верно равенство:

Уравнение окружности

Используя формулу расстояния между двумя точками, можно написать уравнение окружности с радиусом и с центром в начале координат. Расстояние между центром окружности и ее любой точкой равно радиусу окружности.

Расстояние между двумя точками

Упрощение

Возведение обеих частей в квадрат

Уравнение окружности с центром в начале координат и радиусом :

Например, уравнение окружности с центром в начале координат и радиусом 2 имеет вид:

По формуле расстояния между центром окружности и точки на окружности радиуса имеем Возведя в квадрат обе части, получаем уравнение окружности с центром в точке и радиусом

Например, уравнение окружности с центром в точке и радиусом 4 имеет вид:

Пример №3

Постройте на координатной плоскости окружность, заданную уравнением

Решение: Напишем уравнение в виде Как видно,

Отметим 4 точки, находящиеся на расстоянии 5 единиц от начала координат. Например, Проведем окружность через эти точки.

Пример №4

Точка находится на окружности, центром которой является начало координат. Напишите уравнение этой окружности.

Решение: Записав координаты точки в уравнении , получим: Уравнение этой окружности:

Пример №5

Найдем центр и радиус окружности, заданной уравнением

Решение:

Центр окружности точка Радиус

Пример №6

Мобильные телефоны работают с помощью передачи сигналов посредством спутников из одной передающей станции в другую. Компания мобильного оператора старается расположить передающую станцию так, чтобы обслуживать больше пользователей. Представим, что три больших города находятся в точках На координатной плоскости 1 единица равна расстоянию в 100 км. Передающая станция должна быть расположена в точке, находящейся на одинаковом расстоянии от этих городов. Напишите координаты этой точки и уравнение соответствующей окружности.

Решение: Сначала соединим эти точки и найдем точку пересечения серединных перпендикуляров сторон полученного треугольника. Эта точка Эта точка, являясь центром окружности, показывает месторасположение станции. Расстояние между центром и любой из заданных точек является радиусом окружности,

Уравнение окружности:

Заметка. Определив линейные уравнения, соответствующие серединным перпендикулярам, можно найти координаты центра окружности решением системы уравнений.

Координаты точек, находящихся на окружности, и тригонометрические отношения

Если точка при повороте радиуса вокруг точки против движения часовой стрелки на угол преобразуется в точку то

Для координат точки соответствующей углу поворота на окружности, верны формулы В этих формулах – угол, отсчитываемый от положительной оси против движения часовой стрелки. Если точка не находится на оси ординат, то .

Синусы смежных углов равны, а косинусы взаимно противоположны.

Из этих формул при почленным делением получаем:

С помощью формул, приведенных выше, вычисление синуса, косинуса, тангенса для тупого угла можно свести к вычислению синуса, косинуса, тангенса острого угла, соответственно.

Сектор и сегмент

Сектор часть круга, ограниченная центральным углом, образованным двумя радиусами и соответствующей этому углу дугой. Площадь сектора, соответствующего центральному углу, составляет ту часть площади круга, которую составляет центральный угол от полного угла.

Например, часть круга, соответствующая центральному углу , составляет часть всего круга. Так как площадь круга , то площадь этого сектора будет Сегмент часть круга, ограниченная хордой и соответствующей дугой.

Площадь сектора

Площадь сектора:

Площадь сегмента:

Указание: При нахождении площади сегмента, соответствующего большей дуге, к площади соответствующего сектора прибавляется площадь

Каждое уравнение с
двумя переменными  х  и  у  определяет некоторое множество пар  (х; у)  значений
переменных, которые являются решениями этого уравнения, т. е. задаёт некоторое
отношение между значениями переменной  х  и значениями
переменной  у. График отношения, заданного уравнением с двумя
переменными, или, короче, график уравнения с двумя переменными, есть, как
известно, множество точек плоскости, координаты которых служат решениями
уравнения. Мы знаем, что графиком уравнения вида  ax + by = c,
где  a ≠ 0  или  b ≠ 0,
служит прямая линия, график уравнения вида  

y = ax² +
bx + c (a ≠ 0)   

парабола, график
уравнения вида  

xy = k

гипербола.

На рисунку
изображён график уравнения 

х² + 9у²
= 81.

Кривая такого вида
называется эллипсом.

Графиком уравнения

(x – a)² +
(y – b)² =
r²

является окружность на координатной плоскости  хОу  с центром в точке  О’(a; b)  и радиусом 
r (r
> 0).

Уравнением фигуры
на плоскости  в декартовых координатах
называется уравнение с двумя переменными 
х  и  у, которые будут координатами любой точки фигуры. И наоборот:
любые два числа, которые будут решением этого уравнения, будут координатами некоторой
точки фигуры.

Составим уравнение окружности
с центром в точке  А₀(а; b)  и радиусом  R.

Возьмём произвольную
точку  А(х; у)  на окружности. Расстояние от неё до
центра  А₀  равно  R. Квадрат расстояния от точки  А  до  А₀  равен:

(х – a)²
+ (у – b)².

Таким образом, координаты  х, у  каждой точки  А  окружности будут корнями уравнения:

(х – a)²
+ (у – b)² = R².

Наоборот: любая
точка  А, координаты которой будут решениями уравнения, принадлежат окружности, так как расстояние
от неё до точки  А₀  равно  R. Отсюда вытекает, что это уравнение будет уравнением окружности
с центром  А₀  и радиусом 
R.

Обратите внимание, что
когда центром окружности будет начало координат, то уравнение окружности имеет
вид:

х² + у² = R².

ПРИМЕР:

Какая геометрическая фигура задано уравнением ?

х² + у²
+ ах + bу + с = 0.

РЕШЕНИЕ:

видим, что искомая фигура – окружность с центром

ПРИМЕР:

Построить график уравнения:

х² + у²
= 16.

Перепишем уравнение в виде

(х – 0)² + (у – 0)² = 4².

Графиком этого уравнения является окружность с центром в
точке  О(0;
0)  и
радиусом  4.

ПРИМЕР:

Построить график уравнения:

(х – 1)² + (у – 2)² = 9.

Перепишем уравнение в виде

(х – 1)² + (у – 2)² = 3².

Графиком этого уравнения является окружность с центром в
точке  (1;
2)  и
радиусом  3.

ПРИМЕР:

Построить график уравнения:

х² + у²
+ 4х = 0.

Перепишем уравнение в виде

х² +
4х + 4 + у² = 4,

(х + 2)² + у²
= 4,

(х – (–2))² + (у – 0)² = 2²,

Графиком этого уравнения является окружность с центром в
точке  (–2;
0)  и
радиусом  2.

От графиков функций
необходимо отличать графики уравнений.

ПРИМЕР:

На координатной плоскости изображена окружность радиусом  r = 5  с центром в начале координат. Уравнение этой окружности:

х² + у²
= 25.

Можно сказать и так: графиком уравнения 

х² + у²
= 25 

будет окружность, изображённая на рисунку.

А можно график уравнения 

х² + у²
= 25 

считать графиком некоторой функции ? Нет. Если переменные  х  и  у  связаны соотношением 

х² + у²
= 25,

то одному значению 
х = 3  соответствует два
разных значения переменной  у:  4  и  –4.
А соотношение между переменными  х  и  у  только тогда считается функцией, когда каждому
значению  х  из области определения соответствует одно
значение  у.
График уравнения только тогда будет графиком некоторой функции, если каждая
прямая, параллельная оси  у, пересекает
его не больше чем в одной точке.

ПРИМЕР:

Изображённые на рисунке полуокружности – графики функций

Их объединение – вся окружность – график не функции, а уравнения  

у² = 25 – х², или 

у² +
х² = 25.

Задания к уроку 27

Уравнение линии на плоскости

Введем для начала понятие уравнения линии в двумерной системе координат. Пусть в декартовой системе координат построена произвольная линия $L$ (Рис. 1).

Уравнение окружности

Выведем уравнение окружности в декартовой системе координат $xOy$. Пусть центр окружности $C$ имеет координаты $(x_0,y_0)$, а радиус окружности равен $r$. Пусть точка $M$ с координатами $(x,y)$ — произвольная точка этой окружности (рис. 2).

Расстояние от центра окружности до точки $M$ вычисляется следующим образом

Но, так как $M$ лежит на окружности, то получаем $CM=r$. Тогда получим следующее

Уравнение (1) и есть уравнение окружности с центром в точке $(x_0,y_0)$ и радиусом $r$.

В частности, если центр окружности совпадает с началом координат. То уравнение окружности имеет вид

Уравнение прямой.

Выведем уравнение прямой $l$ в декартовой системе координат $xOy$. Пусть точки $A$ и $B$ имеют координаты $left{x_1, y_1right}$ и ${x_2, y_2}$ соответственно, причем точки $A$ и $B$ выбраны так, что прямая $l$ – серединный перпендикуляр к отрезку $AB$. Выберем произвольную точку $M={x,y}$, принадлежащую прямой $l$ (рис. 3).

«Уравнение окружности и прямой» 👇

Так как прямая $l$ – серединный перпендикуляр к отрезку $AB$, то точка $M$ равноудалена от концов этого отрезка, то есть $AM=BM$.

Найдем длины данных сторон по формуле расстояния между точками:

Следовательно

Обозначим через $a=2left(x_1-x_2right), b=2left(y_1-y_2right), c={x_2}^2+{y_2}^2-{x_1}^2-{y_1}^2$, Получаем, что уравнение прямой в декартовой системе координат имеет следующий вид:

Пример задачи на нахождение уравнений линий в декартовой системе координат