Как составить общую касательную

На примере двух парабол покажем, как составить уравнение общей касательной к графикам функций. Заметим, что общих касательных может быть несколько.

Для решения данной задачи потребуются знания о производной на уровне школьного курса.

В рамках подготовки к профильному ЕГЭ при изучении производной я предлагаю своим ученикам решать, в том числе, и подобные задачи, помимо стандартных 7 и 12 заданий.

Это необходимо для того, чтобы школьники учились применять свои знания при решении задач, а не просто решать стандартные задания по шаблону.

Составим уравнение общих касательных к графикам квадратичных функций (параболам):

Касательная представляет собой прямую. Запишем уравнение касательной в виде уравнения прямой с угловым коэффициентом:
y = kx + b, k – угловой коэффициент.
Обозначим точку, в которой она касается первой параболы, как A (a1, a2), второй параболы – B (b1, b2).

Рассмотрим функцию

1. Вычислим ее производную: y’ = 2(x – 1).

2. Найдем координаты точки касания A (a1, a2).
Используем геометрический смысл производной: значение производной в точке касания равно угловому коэффициенту касательной.
y’ = 2(a1 – 1) – значение производной в точке касания, 
k – угловой коэффициент.
Таким образом,
2(a1 – 1) = k
a1 = k/2 + 1.

Подставим a1 в уравнение (1) и найдем a2:
a2 = (a1 – 1)^2 + 1 = (k/2 + 1 – 1)^2 + 1 = k^2/4 + 1.

Таким образом, мы выразили координаты точки A через угловой коэффициент касательной:
A (k/2 + 1, k^2/4 + 1).

Аналогичным способом выразим координаты точки B:
B (-k/2 + 3, – k^2/4 + 1).

3. Угловой коэффициент прямой, проходящей через точки A (a1, a2) и B (b1, b2), равен (a2 – b2) / (a1 – b1). Значит
k = (a2 – b2) / (a1 – b1).

Подставим в это уравнение координаты точек A и B и получим уравнение относительно k:

Находим корни: k = 0 и k = 4.

Для k = 4.
4. Находим координаты точек A и B.
A (4/2 + 1, 4^2/4 + 1) = A (3, 5)
B (-4/2 + 3, – 4^2/4 + 1) = B (1, -3).

5. Составляем уравнение касательной (прямой) по двум точкам. (Данная тема разобрана в предыдущем посте)
(x – a1) / (b1 – a1) = (y – a2) / (b2 – a2)
(x – 3) / (1 – 3) = (y – 5) / (-3 – 5)
(x – 3) / (–2) = (y – 5) / (-8) – каноническое уравнение прямой
Выражаем y:
y = 4x – 7 – уравнение прямой с угловым коэффициентом.

Аналогично находим уравнение еще одной касательной (при k = 0):
y = 1.

✔ Для того, чтобы задать вопрос или записаться на консультацию, пишите в whatsapp 8 968 814 30 80.

Содержание  

Две окружности на плоскости.
Общие касательные к двум окружностям

Взаимное расположение двух окружностей

Взаимное расположение на плоскости двух окружностей радиусов r₁ и r₂ с центрами O₁ и O₂ определяется расстоянием d между центрами этих окружностей

Расстояние между центрами окружностей больше суммы их радиусов

Расстояние между центрами окружностей равно сумме их радиусов

Расстояние между центрами окружностей равно разности их радиусов

Расстояние между центрами окружностей больше разности их радиусов, но меньше суммы их радиусов

r₁ – r₂ лежит внутри другой

Расстояние между центрами окружностей меньше разности их радиусов

d r₁ и r₂ с центрами O₁ и O₂ определяется расстоянием d между центрами этих окружностей

Расстояние между центрами окружностей больше суммы их радиусов

Расстояние между центрами окружностей равно сумме их радиусов

Расстояние между центрами окружностей равно разности их радиусов

Расстояние между центрами окружностей больше разности их радиусов, но меньше суммы их радиусов

r₁ – r₂ лежит внутри другой

Расстояние между центрами окружностей меньше разности их радиусов

d r₁ и r₂ с центрами O₁ и O₂ определяется расстоянием d между центрами этих окружностей

Расстояние между центрами окружностей равно разности их радиусов

Расстояние между центрами окружностей меньше разности их радиусов

d внешней касательной к двум окружностям, если она касается каждой из окружностей, а окружности лежат по одну сторону от этой прямой.

Прямую называют внутренней касательной к двум окружностям, если она касается каждой из окружностей, а окружности лежат по разные стороны от этой прямой.

Существует единственная общая внешняя касательная. Других общих касательных нет.

Существуют две общих внешних касательных. Других общих касательных нет.

Существует единственная общая внутренняя касательная, а также
две общих внешних касательных. Других общих касательных нет.

Каждая из окружностей лежит вне другой

Существуют две общих внешних касательных, а также две общих внутренних касательных. Других общих касательных нет

Фигура	Рисунок	Свойства
Две окружности на плоскости
Каждая из окружностей лежит вне другой
Внешнее касание двух окружностей
Внутреннее касание двух окружностей
Окружности пересекаются в двух точках
Каждая из окружностей лежит вне другой
Внешнее касание двух окружностей
Внутреннее касание двух окружностей
Окружности пересекаются в двух точках
Каждая из окружностей лежит вне другой
Расстояние между центрами окружностей больше суммы их радиусов
Внешнее касание двух окружностей
Расстояние между центрами окружностей равно сумме их радиусов
Внутреннее касание двух окружностей
Окружности пересекаются в двух точках
Расстояние между центрами окружностей больше разности их радиусов, но меньше суммы их радиусов r1 – r2 лежит внутри другой
Внутренняя касательная к двум окружностям
Внутреннее касание двух окружностей
Окружности пересекаются в двух точках
Внешнее касание двух окружностей

Прямую называют внешней касательной к двум окружностям, если она касается каждой из окружностей, а окружности лежат по одну сторону от этой прямой.

Прямую называют внутренней касательной к двум окружностям, если она касается каждой из окружностей, а окружности лежат по разные стороны от этой прямой.

Существует единственная общая внешняя касательная. Других общих касательных нет.

Существуют две общих внешних касательных. Других общих касательных нет.

Существует единственная общая внутренняя касательная, а также две общих внешних касательных. Других общих касательных нет.

Существуют две общих внешних касательных, а также две общих внутренних касательных. Других общих касательных нет

Внешняя касательная к двум окружностям

Внутренняя касательная к двум окружностям

Внутреннее касание двух окружностей

Окружности пересекаются в двух точках

Внешнее касание двух окружностей

Каждая из окружностей лежит вне другой

Прямую называют внешней касательной к двум окружностям, если она касается каждой из окружностей, а окружности лежат по одну сторону от этой прямой.

Прямую называют внутренней касательной к двум окружностям, если она касается каждой из окружностей, а окружности лежат по разные стороны от этой прямой.

Существует единственная общая внешняя касательная. Других общих касательных нет.

Существуют две общих внешних касательных. Других общих касательных нет.

Существует единственная общая внутренняя касательная, а также две общих внешних касательных. Других общих касательных нет.

Существуют две общих внешних касательных, а также две общих внутренних касательных. Других общих касательных нет

Формулы для длин общих касательных и общей хорды двух окружностей

Внешняя касательная к двум окружностям

Внутренняя касательная к двум окружностям

Внутреннее касание двух окружностей

Окружности пересекаются в двух точках

Внешнее касание двух окружностей

Каждая из окружностей лежит вне другой

Длина общей внешней касательной к двум окружностям вычисляется по формуле

Длина общей внутренней касательной к двум окружностям вычисляется по формуле

Длина общей хорды двух окружностей вычисляется по формуле

Фигура	Рисунок	Формула
Внешняя касательная к двум окружностям
Внутренняя касательная к двум окружностям
Общая хорда двух пересекающихся окружностей

Длина общей внешней касательной к двум окружностям вычисляется по формуле

Длина общей внутренней касательной к двум окружностям вычисляется по формуле

Длина общей хорды двух окружностей вычисляется по формуле

Внешняя касательная к двум окружностям

Внутренняя касательная к двум окружностям

Общая хорда двух пересекающихся окружностей

Длина общей внешней касательной к двум окружностям вычисляется по формуле

Длина общей внутренней касательной к двум окружностям вычисляется по формуле

Внешняя касательная к двум окружностям

Внутренняя касательная к двум окружностям

Общая хорда двух пересекающихся окружностей

Длина общей хорды двух окружностей вычисляется по формуле Доказательства формул для длин общих касательных и общей хорды двух окружностей Утверждение 1 . Если расстояние между центрами двух окружностей радиусов r1 и r2 равно d (рис.1), то длина общей внешней касательной к этим окружностям вычисляется по формуле что и требовалось доказать. Утверждение 2 . Если расстояние между центрами двух окружностей радиусов r1 и r2 равно d , то длина общей внутренней касательной к этим окружностям вычисляется по формуле что и требовалось доказать. Утверждение 3 . Если расстояние между центрами двух окружностей радиусов r1 и r2 равно d , то длина общей хорды AB этих окружностей вычисляется по формуле Доказательство . Для того, чтобы найти длину общей хорды AB двух окружностей, введём, как показано на рисунке 3, Построение общей внутренней касательной к двум окружностям Даны две окружности (а это значит, что даны и их центры O1 и O2). Требуется провести общую внутреннюю касательную к ним, то есть такую касательную, от которой данные окружности лежат по разные стороны. Радиус большей окружности называем R, радиус меньшей окружности — r. Сначала вокруг меньшей окружности построим вспомогательную окружность с тем же центром и с радиусом, равным сумме радиусов двух данных окружностей (R + r). Затем построим из центра большей окружности вспомогательную касательную к вспомогательной окружности. Требуемая внутренняя касательная будет параллельна вспомогательной касательной. Отложим первый вспомогательный луч с началом в точке A. Замерим циркулем радиус большей окружности, и тем же раствором циркуля от начала первого луча отложим отрезок AB, равный R. Теперь циркулем замерим радиус меньшей окружности, и тем же раствором циркуля от точки B отложим отрезок BC, равный r. Получился отрезок AC, равный сумме радиусов двух данных окружностей (R + r). Замерим AC циркулем, и тем же раствором циркуля построим первую вспомогательную окружность с центром в O1. Теперь соединим отрезком центры O1 и O2. Произвольным раствором циркуля строим вторую вспомогательную дугу окружности с центром O1. И тем же раствором циркуля строим третью вспомогательную дугу окружности с центром O2 — так, чтобы третья дуга пересекала вторую в двух точках (называем их D и E). Соединяем D и E отрезком, который пересекает O1O2 в середине — эту точку называем F. Теперь замерим циркулем FO1 и этим раствором циркуля строим четвёртую вспомогательную окружность с центром в F на отрезке O1O2, как на диаметре. Эта четвёртая окружность пересекает первую вспомогательную окружность в двух точках (называем их G и H). Выбираем из этих двух точек ту, которая нам больше нравится (в данном построении это точка H), и соединяем прямой с точкой O2. Прямая HO2 — это касательная к первой вспомогательной окружности, проходящая через центр большой данной окружности. Прямая HO2 пересекла большую окружность в двух точках (называем их K и L). Эти точки равно отстоят от O2 и помогут нам построить перпендикуляр к HO2. Произвольным раствором циркуля проводим пятую вспомогательную дугу окружности с центром в K. Тем же раствором циркуля проводим шестую вспомогательную дугу окружности с центром в L — так, чтоб шестая дуга пересекала пятую в некоторой точке (называем точку M). Соединяем O2 и M прямой — эта прямая (перпендикуляр к HO2) пересекает большую данную окружность в некоторой точке (называем её N). Теперь через N проведём прямую, параллельную вспомогательной касательной HO2. Произвольным раствором циркуля строим седьмую вспомогательную окружность с центром в точке N — так, чтоб седьмая окружность пересекала HO2 в двух точках (точки называем P и Q). Тем же раствором циркуля строим восьмую вспомогательную окружность с центром в Q, и восьмая окружность пересекает вспомогательную касательную HO2 в двух точках (точки называем Z и S). Тем же раствором циркуля проводим девятую вспомогательную дугу окружности с центром в S — так, чтобы девятая дуга пересекала седьмую окружность в некоторой точке (точку называем T). Соединяем N и Т прямой — эта прямая NT и будет требуемой общей внутренней касательной к двум данным окружностям. И вот почему. NT проходит через конец радиуса O2N, лежащий на окружности. Также по построению NT параллельна HO2 и перпендикулярна радиусу O2N — следовательно, NT — касательная к большой данной окружности. Теперь проведём радиус O1H и точку его пересечения с прямой TN называем U. Радиус O1H перпендикулярен касательной O2H — значит, угол O2HU — прямой. Получилось, что в четырёхугольнике UHO2N есть три прямых угла — значит, и четвёртый угол HUN прямой, и UHO2N — прямоугольник, в котором сторона HU равна противоположной стороне O2N, то есть радиусу R. Теперь можем найти длину отрезка O1U (составляющего вместе с UH отрезок O1H). Длина равна разности длин O1H и HU, то есть (r + R) — R = r. Выходит, что U отстоит от O1 на r, то есть U лежит на меньшей данной окружности, а это значит, что TN, проходящая через U — проходит через конец радиуса O1U, лежащий на окружности, и перпендикулярна радиусу, то есть TN — касательная к меньшей данной окружности. Построение закончено. 897 Постройте общую касательную к двум данным окружностям. Замечание. Мы рассмотрели случай, когда каждая из данных окружностей лежит вне другой. В этом случае окружности имеют четыре общих касательных, две из которых внешние, а две другие — внутренние (рис. 286, а). Ясно, что если одна из окружностей целиком лежит внутри другой, то общих касательных у них нет (рис. 286, б). Если окружности имеют единственную общую точку, то общих касательных три (рис. 286, в) или одна (рис. 286, г). Наконец, если окружности имеют две общие точки, то общих касательных две (рис. 286, д). В каждом из этих случаев общие касательные могут быть построены одним из двух указанных методов. Впрочем, в ряде случаев касательную можно построить и проще — подумайте, как это сделать. Решебник по геометрии за 8 класс (Л.С.Атанасян, В.Ф.Бутузов, С.Б.Кадомцев, Э.Г.Позняк, И.И.Юдина, 2005 год), задача №897 к главе «Глава VIII. Окружность. Задачи повышенной трудности». [spoiler title=”источники:”] http://blitztest.ru/geometriya/svojstva-vpisannogo-ugla-kasatelnaya-k-okruzhnosti/postroenie-obshchey-vnutrenney-kasatelnoy-k-dvum http://5terka.com/node/8990 [/spoiler]

Пятый тип задач на касательную – уравнение общей касательной нескольких кривых

Говорят, что прямая
y=kx
+ b
является общей касательной графиков
функций y=f₁(x)
и y=f₂(x),
если она касается как одного, так и
другого графиков, но не обязательно в
одной и той же точке.

Правило.

Функции y=f₁(x)
и y=f₂(x)
имеют в точке пересечения M(x₀;y₀)
общую невертикальную касательную, если

f₁’(x_0)
= f₂^’(x₀)

ЗАДАЧА. Докажите,
что параболы y₁=3x²-5x-2
и y₂=2x²-x-6
имеют в их общей точке общую касательную.
Найти уравнение этой общей касательной.

1. Найдем точку
   пересечения парабол

3x²-5x-2
= 2x²-x-6

x²-4x+4
= 0

(x-2)²
= 0

x
= 2

y(2)=
2·4-2-6=0 y(2)=3·4-5·2-2=0

значит, у парабол
одна точка пересечения (2;0)

1. Теперь перейдем
   к составлению уравнений касательных

y₍₁₎=6x
-5 y₍₁₎(2)
= 12-5=7

y₍₂₎=4x-1
y₍₂₎(2)
= 8-1=7

Получим уравнение
касательной

y=0+7(x-2)

y=7x-14

Ответ: y=7x-14

ЗАДАЧА. Найти
уравнение всех общих касательных к
графикам функции y=x²+1
и y=4x²-2

1. Составим уравнение
   касательной в точке x₀
   = a
   к графику

y=x²+1

y(a)=a²+1

y^’=2x

y^’(a)=2a

Получим уравнение
касательной

y=a²+1+2a(x-a)

y=a²+1+2ax-2a²

y=2ax-a²+1

1. Составим уравнение
   касательной в точке с абсциссой x₀=b
   к графику y=4x²-2

y(b)=4b²-2

y^’=8x

y’(b)=8b

Получим уравнение
касательной

y=4b²-2+8b(x-b)

y= 4b²-2+8bx-8b²

y=8bx-4b²-2

1. Уравнения прямых
   совпадают, если угловые коэффициенты
   и свободные члены равны, т.е.

Подставим a=4b
во второе уравнение, получим

-16b²
+1 = -4b²
-2

12b²
= 3

b²
=

Получим уравнения
касательных

y=4x-3 y=-4x-3

Ответ: y=4x-3 y=-4x-3

Шестой тип задач на касательную – расстояние между кривыми.

Пусть дана функция
y
= f(x)
и прямая y
= kx
+b,
тогда можно составить уравнение
касательной, параллельной данной прямой.
Проведенная касательная разделит
плоскость на две части: в одной из них
будет находиться заданная прямая, а в
другой график функции y
= f(x).

Кратчайшее
расстояние между кривой y
= f(x)
и прямой y
= kx
+b
можно посчитать по формуле :

=

Задача. Найти
кратчайшее расстояние между параболой
y
= x²
и прямой y
=

1. Убедимся,
   что графики не имеют общих точек, для
   этого решим уравнение:

x²
=
,

3x²
– 4x
+6 = 0,

D
= 16-72< 0.

Нет корней, нет
общих точек.

1. Найдем
   точку, в которой касательная параллельна
   прямой y
   =
   

y = x²,

y^’
= 2x,

2x =
,

x=
,

x₀
=
,

y₀
=
.

1. Получим касательную
   y
   =
   

y
=

Прямая y
=

и парабола y
= x²
лежат по разные стороны от касательной
y
=
,
тогда расстояние от прямой y
=

до параболы y
= x²,
это расстояние от точки M
(x₀;y₀),
лежащей на параболе, до прямой y
=
,
находим его по формуле

=


=
.

Ответ:

Задача. Найти
расстояние между касательными к графику
функции
,
образующими с положительным направлением
оси Ох угол 45⁰.

1. y^’
   =
   
   =
   

2. y₀^’
   = tg 45⁰

3. 
   
   = 1

x= 3 x= 1

x₀=
3 x₀=
1

1. Составим
   уравнение касательной в точке x₀=
   3

2. y(3)
   = 0

y = 0 +
1
(x-3)

y = x-3

1. Составим уравнение
   касательной в точке x₀=
   1

2. y(1)
   = 2

y = 2 +
1
(x-3)

y = x+1

1. Пусть
   y
   = x
   +1 – данная прямая,

– данная кривая,

y
= x-3
– данная касательная,

=

Ответ :

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

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

Угол между касательной и хордой

Угол между касательной и хордой равен половине градусной меры дуги, которая находится внутри угла.

Прежде всего: как это понимать? Подробнее о том, что такое «градусная мера дуги», написано в теме «Окружность. Вписанный угол».

Здесь напомним только, что в дуге столько же градусов, сколько в центральном угле, заключающем эту дугу. 

То есть «градусная мера дуги» – это «сколько градусов в центральном угле» – и всё!

Ну вот, как говорит Карлсон, продолжаем разговор. Рисуем ещё раз теорему об угле между касательной и хордой.

Смотри, хорда ( displaystyle AB) разбила окружность на две дуги. Одна дуга находится ВНУТРИ угла ( displaystyle BAC), а другая дуга – внутри угла ( displaystyle BAD).

И теорема об угле между касательной и хордой говорит, что ( displaystyle angle CAB) равен ПОЛОВИНЕ угла ( displaystyle AOB), ( displaystyle angle DAB) равен ПОЛОВИНЕ большего (на рисунке — зеленого) угла ( displaystyle AOB).

При чем же тут тот факт, что радиус, проведенный в точку касания, перпендикулярен касательной?

Сейчас и увидим. ( displaystyle OA) – радиус, ( displaystyle AC) – касательная.

Значит, ( displaystyle angle OAC=90{}^circ ).

Поэтому:( displaystyle angle 1=90{}^circ -angle 4).

Но ( displaystyle angle 2=angle 1) (( displaystyle OA) и ( displaystyle OB) – радиусы)( displaystyle angle 2=90{}^circ -angle 4).

И осталось вспомнить, что сумма углов треугольника ( displaystyle AOB) равна ( displaystyle 180{}^circ ).

Пишем:

Короче:

Здорово, правда? И самым главным оказалось то, что ( displaystyle angle OAC=90{}^circ ).

Равенство отрезков касательных

Задумывался ли ты над вопросом «а сколько касательных можно провести из одной точки к одной окружности»? Вот, представь себе, ровно две! Вот так:

А ещё более удивительный факт состоит в том, что:

Отрезки касательных, проведённых из одной точки к одной окружности, равны.

То есть, на нашем рисунке, ( displaystyle AB=AC).

И для этого факта тоже самым главным является то, что радиус, проведённый в точку касания, перпендикулярен касательной.

Вот, убедись.

Проведём радиусы ( displaystyle OB) и ( displaystyle OC) и соединим ( displaystyle O) и ( displaystyle A).

( displaystyle OB) – радиус.

( displaystyle AB) – касательная, значит, ( displaystyle OBbot AB).
Ну, и так же ( displaystyle OCbot AC).

Получилось два прямоугольных треугольника ( displaystyle AOB) и ( displaystyle AOC), у которых:

( displaystyle Rightarrow Delta AOB = Delta AOC)

(заглядываем в тему «Прямоугольный треугольник«, если не помним, когда бывают равны прямоугольные треугольники).

Но раз ( displaystyle Delta AOB=Delta AOC,) то( displaystyle AB=AC). УРА!

И ещё раз повторим – этот факт тоже очень важный:

Отрезки касательных, проведённых из одной точки, – равны.

И есть ещё один факт, который мы здесь не будем доказывать, но он может оказаться тебе полезен при решении задач.

Для любой прямой ( displaystyle AD), пересекающей окружность,( displaystyle ADcdot AC=A{{B}^{2}}), где ( displaystyle AB) – отрезок касательной.

Хитроумными словами об этом говорят так:

«Квадрат длины отрезка касательной равен произведению секущей на её внешнюю часть».

Страшно? Не бойся, помни только, что в буквах это: