在平常的学习中知道,如果把两相交圆 ⊙和⊙
:
的方程相减所得到的直线l:
表示两圆公共弦所在直线方程。但很多同学在用这个结论时没注意到前提条件必须是两圆相交。如果两圆不相交,两圆相减照样可以得到直线l,但l的几何意义就改变了。因而有必要就两圆的5种位置关系进行讨论直线l的几何意义。我就两圆的5种位置关系进行研究。
一.两圆相交
设、
是两圆的交点,则有
和
成立,即
、
满足方程
即。所以直线l表示两圆相交弦所在直线。
二.两圆相切(内切或外切)
当把两相交的圆逐渐往两侧移动时,两交点逐渐靠近,最终重合为一点,此时两圆外切,同时与两圆相交的直线l也就与两圆只有一个公共点,直线l成为两外切圆的过同一切点的公切线。因此,直线l:表示两外切圆的过同一切点的公切线。当把两相交的圆逐渐往中间移动时,两交点逐渐靠近,最终重合为一点,此时两圆内切,同时,与两圆相交的直线l也就与两圆只有一个公共点,直线l成为两内切圆的过同一切点的公切线。因此,直线l:
表示两内切圆的公切线。例如,圆
:
与圆
:
相切于原点,那么两圆相减得:
,该直线与两圆相切于原点。下面就两圆外切情况加以证明。
设圆,圆
的半径分别为
,则
,
。由两圆外切得:
,化简得:
即:
又
,
,即:
,
。利用直线Ax+By+C=0分线段
的比为
,那么直线l分
的比为
=
=。又
,所以
⊥l(当直线
与直线l的斜率不存在时也成立);且
,所以点
到直线l的距离为
,点
到直线l的距离为
。所以直线l与两圆相切。
三.两圆相离
这里首先得了解式子的含义。因为圆的方程有两种表示,即
。当点P(x,y)在圆外时,式子
表示点P到圆的切线长。因而,对直线方程
可以变形为:
,即点P到两圆的切线长相等。因此,直线l的几何意义是:到两相离圆的切线长相等的点的集合。更进一步,如果两圆的半径相等,直线l就是两圆的对称轴。
四.两圆内含
同“三”易知,直线l上的点到两圆的切线长相等。
(注:以上两圆非同心圆)
五.范例
例:已知圆与圆
:
外切于点O,且两圆的过点O的公切线为
,已知圆
的圆心落在直线上
,求圆
的方程。
解:易得。设圆
:
,即:
,圆心坐标
落在直线
,解得
。所以圆
的方程为
。