【一题一课】两圆相减后所得的直线方程的几何意义

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

是两圆的交点,则有成立,即满足方程

。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:,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

 

 

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