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  • 執筆者の写真: たむかい学習教室
    たむかい学習教室
  • 3 日前
  • 読了時間: 11分

円の方程式 練習問題

たむかい学習教室 個別指導 塾 数学 八戸市 中学生 高校生

円の方程式では、中心の座標(a,b)と半径rから、(x-a)²+(y-b)²=r² の関係が成り立ちます。通る点の座標を代入することで半径が求められます。


中心(a,b)、半径rの方程式

(x-a)²+(y-b)²=r²


円の方程式の一般形

x²+y²+lx+my+n=0

(l²+m²-4n>0)


問題

次のような円の方程式を求めよ。

1)中心が点(2,-3)、半径が1の円

2)中心が点(3,4)で、原点を通る円

3)2点(3,1)、(-5,7)を直径の両端とする円

4)点(5,2)が中心で、y軸に接する円


1)

(x-2)²+(y+3)²=1


2)

半径rは(0,0)と(3,4)の距離だから

r²=3²+4²=25

よって、

(x-3)²+(y-4)²=25


※別解

(x-3)²+(y-4)²=r²

(0,0)を通るから

(-3)²+(-4)²=r²

r²=25

よって、

(x-3)²+(y-4)²=25


3)

2点の中点が円の中心

x座標 (3-5)÷2=-1

y座標 (1+7)÷2=4

中心(-1,4)

半径rは(-1,4)と(3,1)の距離だから

r²={3-(-1)}²+(1-4)²

=16+9

=25

よって、

(x+1)²+(y-4)²=25


4)

中心(5,2)、y軸はx=0だから

半径r=5 すなわちr²=25

よって、

(x-5)²+(y-2)²=25


問題

次のような円の方程式を求めよ。

1)中心が点(-5,2)、半径が√2の円

2)中心が原点で、点(4,3)を通る円

3)2点(1,2)、(3,-4)が直径の両端である円

4)点(3,4)が中心で、x軸に接する円


1)

r=√2より、r²=2

よって、

(x+5)²+(y-2)²=2


2)

半径rは(0,0)と(4,3)の距離だから

r²=4²+3²=25

よって、

x²+y²=25


3)

2点の中点が円の中心

x座標 (3+1)÷2=2

y座標 (-4+2)÷2=-1

中心(2,-1)

半径rは(2,-1)と(1,2)の距離だから

r²=(1-2)²+{2-(-1)}²

=1+9

=10

よって、

(x-2)²+(y+1)²=10


4)

中心(3,4)、x軸はy=0だから

r=4 すなわちr²=16

よって、

(x-3)²+(y-4)²=16


問題

次の方程式はどのような図形を表すか。

1)x²+y²+2y-3=0

2)x²+y²+4x-6y-4=0

3)x²+y²-2x+4y+5=0

4)x²+y²-4x-8y+23=0


1)

x²+y²+2y-3=0

x²+(y+1)²-1-3=0

x²+(y+1)²=4

中心(0,-1)、半径2の円


2)

x²+y²+4x-6y-4=0

x²+4x+y²-6y-4=0

(x+2)²-4+(y-3)²-9-4=0

(x+2)²+(y-3)²=17

中心(-2,3)、半径√17の円


3)

x²+y²-2x+4y+5=0

x²-2x+y²+4y+5=0

(x-1)²-1+(y+2)²-4+5=0

(x-1)²+(y+2)²=0

点(1,-2)


4)

x²+y²-4x-8y+23=0

x²-4x+y²-8y+23=0

(x-2)²-4+(y-4)²-16+23=0

(x-2)²+(y-4)²=-3

(x-2)²+(y-4)²≧0だから

解なし


問題

次の方程式はどのような図形を表すか。

1)x²+2x+y²=0

2)x²+y²-4x-10y-20=0

3)x²+4x+y²+6y+13=0

4)x²+6x+y²+8y+28=0


1)

x²+2x+y²=0

(x+1)²-1+y²=0

(x+1)²+y²=1

中心(-1,0)、半径1の円


2)

x²+y²-4x-10y-20=0

(x-2)²-4+(y-5)²-25-20=0

(x-2)²+(y-5)²=49

中心(2,5)、半径7の円


3)

x²+4x+y²+6y+13=0

(x+2)²-4+(y+3)²-9+13=0

(x+2)²+(y+3)²=0

点(-2,-3)


4)

x²+6x+y²+8y+28=0

(x+3)²-9+(y+4)²-16+28=0

(x+3)²+(y+4)²=-3

(x+3)²+(y+4)²≧0だから

解なし


問題

3点(1,3)、(4,2)、(5,-5)を通る円の方程式を求めよ。


求める方程式を

x²+y²+ax+by+c=0とする

(1,3)を代入

1+9+a+3b+c=0

a+3b+c=-10 ①

(4,2)を代入

16+4+4a+2b+c=0

4a+2b+c=-20 ②

(5,-5)を代入

25+25+5a-5b+c=0

5a-5b+c=-50 ③

①-②

-3a+b=10 ④

①-③

-4a+8b=40

-a+2b=10 ⑤

④×2-⑤

-6a+2b=20

-a+2b=10

-5a=10 a=-2

⑤に代入

2+2b=10

2b=8 b=4

①より

-2+12+c=-10

c=-20

よって、

x²+y²-2x+4y-20=0


問題

次の3点を通る円の方程式を求めよ。

1)(0,0)、(1,-3)、(4,0)

2)(1,1)、(3,1)、(5,-3)


1)

求める方程式を

x²+y²+ax+by+c=0とする

(0,0)を代入

c=0

(1,-3)を代入

1+9+a-3b=0

a-3b=-10 ①

(4,0)を代入

16+4a=0

a=-4

①に代入

-4-3b=-10

-3b=-6 b=2

よって、

x²+y²-4x+2y=0


2)

求める方程式を

x²+y²+ax+by+c=0とする

(1,1)を代入

1+1+a+b+c=0

a+b+c=-2 ①

(3,1)を代入

9+1+3a+b+c=0

3a+b+c=-10 ②

(5,-3)を代入

25+9+5a-3b+c=0

5a-3b+c=-34 ③


①-②

-2a=8 a=-4

①-③

-4a+4b=32

-a+b=8

a=-4より

4+b=8 b=4

①より

-4+4+c=-2 c=-2

よって、

x²+y²-4x+4y-2=0


問題

円x²+y²=2と次の直線との位置関係(交わる、接するなど)を調べ、共有点がある場合には、その座標を求めよ。

1)y=x

2)y=x-2

3)y=x+3


1)

x²+y²=2に、y=xを代入

x²+x²=2

x²=1

x=±1

x=1のとき、y=1

x=-1のとき、y=-1

よって、

2点で交わる

共有点の座標

(1,1)(-1,-1)


2)

x²+y²=2に、y=x-2を代入

x²+(x-2)²=2

x²+x²-4x+4-2=0

2x²-4x+2=0

x²-2x+1=0

(x-1)²=0

x=1

x=1のとき、y=-1

よって、

1点で接する

接点の座標(1,-1)


3)

x²+y²=2に、y=x+3を代入

x²+(x+3)²=2

x²+x²+6x+9-2=0

2x²+6x+7=0

判別式をDとする

D/4=9-14=-5

D<0だから

共有点をもたない


問題

次の円と直線の位置関係を調べ、共有点がある場合には、その座標を求めよ。

1)

x²+y²=4

x+y=4


2)

x²+y²=1

x-y=√2


3)

x²+y²+5x+y-6=0

3x+y-2=0


1)

x²+y²=4 ①

x+y=4 ②

②より

y=4-x

①に代入

x²+(4-x)²=4

x²+16-8x+x²=4

x²-8x+12=0

(x-2)(x-6)=0

x=2,6

x=2のとき、y=2

x=6のとき、y=-2

よって、

2点で交わる

共有点の座標

(2,2)(6,-2)


2)

x²+y²=1 ①

x-y=√2 ②

②より

x=y+√2 ②’

①に代入

(y+√2)²+y²=1

y²+2√2y+2+y²=1

2y²+2√2y+1=0

(√2y+1)²=0

y=-√2/2

②’に代入

x=(-√2/2)+√2=√2/2

よって、

1点で接する

接点の座標(√2/2,-√2/2)


3)

x²+y²+5x+y-6=0 ①

3x+y-2=0 ②

②より

y=2-3x

①に代入

x²+4-12x+9x²+5x+2-3x-6=0

10x²-10x=0

x²-x=0

x(x-1)=0

x=0,1

x=0のとき、y=2

x=1のとき、y=-1

よって、

2点で交わる

共有点の座標

(0,2)(1,-1)


問題

円x²+y²=2・・①と直線y=-x+k・・②について

1)円①と直線②が共有点をもつとき、定数kの値の範囲を求めよ。

2)円①と直線②が接するとき、定数kの値と接点の座標を求めよ。


1)

①に②を代入

x²+(-x+k)²=2

x²+x²-2kx+k²=2

2x²-2kx+k²-2=0 ③

判別式をDとする

D/4=k²-2k²+4

=-k²+4

D≧0より

-k²+4≧0

k²-4≦0

(k+2)(k-2)≦0

-2≦k≦2


2)

1)より

D=-k²+4

D=0より

-k²+4=0

k²=4

k=±2


k=2のとき

k=2を③に代入

2x²-4x+2=0

x²-2x+1=0

(x-1)²=0

x=1

②よりy=-x+2

x=1を代入して

y=1


k=-2のとき

k=-2を③に代入

2x²+4x+2=0

x²+2x+1=0

(x+1)²=0

x=-1

②よりy=-x-2

x=-1を代入して

y=-1


よって、

k=2のとき、接点(1,1)

k=-2のとき、接点(-1,-1)


問題

円x²+y²-2x=4・・①と直線y=2x+k・・②について

1)円①と直線②が共有点をもたないとき、定数kの値の範囲を求めよ。

2)円①と直線②が接するとき、定数kの値と接点の座標を求めよ。


1)

②を①に代入

x²+(2x+k)²-2x=4

x²+4x²+4kx+k²-2x-4=0

5x²+2(2k-1)x+k²-4=0 ③

D/4=(2k-1)²-5(k²-4)

=4k²-4k+1-5k²+20

=-k²-4k+21

D<0より

-k²-4k+21<0

k²+4k-21>0

(k+7)(k-3)>0

k<-7、k>3


2)

1)より

D/4=-k²-4k+21

D=0より

(k+7)(k-3)=0

k=-7,3


k=-7のとき

k=-7を③に代入

5x²-30x+45=0

x²-6x+9=0

(x-3)²=0

x=3

②よりy=2x-7

x=3を代入

y=-1


k=3のとき

k=3を③に代入

5x²+10x+5=0

x²+2x+1=0

(x+1)²=0

x=-1

②よりy=2x+3

x=-1を代入

y=1


よって、

k=-7のとき、接点(3,-1)

k=3のとき、接点(-1,1)


問題

円x²+y²=5と直線2x-y+k=0の共有点の個数は、定数kの値によって、どのように変わるか調べよ。


円の中心(0,0)、半径r=√5

中心と直線2x-y+k=0の距離


  |2・0-0+k|

d=━━━━━━━━━

  √{2²+(-1)²}


 |k|

=━━━

  √5


2点で交わるとき

d<rより


|k|

━━━<√5

√5


|k|<5

-5<k<5


1点で接するとき

d=rより

|k|=5

k=±5


共有点がないとき

d>rより

|k|>5

k<-5、k>5


よって、

-5<k<5のとき、2個

k=±5のとき、1個

k<-5、k>5のとき0個


※別解

2x-y+k=0より

y=2x+k

x²+y²=5に代入

x²+4x²+4kx+k²-5=0

5x²+4kx+k²-5=0

判別式をDとする

D/4=4k²-5k²+25

=-k²+25

D>0より

-k²+25>0

k²-25<0

(k+5)(k-5)<0

-5<k<5

このとき、共有点は2個


D=0より

-k²+25=0

k²-25=0

k=±5

このとき、共有点は1個


D<0より

-k²+25<0

k²-25>0

(k+5)(k-5)>0

k<-5、k>5

このとき、共有点は0個


よって、

-5<k<5のとき、2個

k=±5のとき、1個

k<-5、k>5のとき0個


問題

円(x-1)²+(y-1)²=r²と直線y=2x-3の共有点の個数は、半径rの値によって、どのように変わるか調べよ。


円の中心(1,1)、半径r

中心と直線2x-y-3=0の距離


  |2・1-1・1-3|

d=━━━━━━━━━━━

   √{2²+(-1)²}


d=2√5/5


2点で交わるとき

d<rより

r>2√5/5

r>0だから、r>2√5/5


1点で接するとき

d=rより

r=2√5/5(r>0に適する)


共有点がないとき

d>rより

r<2√5/5

r>0だから

0<r<2√5/5


よって、

r>2√5/5のとき、2個

r=2√5/5のとき、1個

0<r<2√5/5のとき、0個


※別解

y=2x-3を円の方程式に代入

(x-1)²+(2x-4)²=r²

x²-2x+1+4x²-16x+16-r²=0

5x²-18x+17-r²=0

判別式をDとする

D/4=81-85+5r²

=5r²-4

D>0より

5r²-4>0

(√5r+2)(√5r-2)>0

r<-2√5/5、r>2√5/5

r>0だから

r>2√5/5

このとき、共有点は2個


D=0より

5r²-4=0

r=±2√5/5

r>0だから

r=2√5/5

このとき、共有点は1個


D<0より

5r²-4<0

(√5r+2)(√5r-2)<0

-2√5/5<r<2√5/5

r>0だから

0<r<2√5/5

このとき、共有点は0個


よって、

r>2√5/5のとき、2個

r=2√5/5のとき、1個

0<r<2√5/5のとき、0個


問題

x²+y²=5上の点P(1,-2)における接線の方程式を求めよ。


x²+y²=r²上の点(a,b)における接線の方程式

ax+by=r²


1・x+(-2)・y=5

x-2y-5=0


問題

次の円上の点Pにおける接線の方程式を求めよ。

1)x²+y²=9、P(-2,√5)

2)x²+y²=36、P(0,-6)


1)

-2・x+√5・y=9

-2x+√5y-9=0

2x-√5y+9=0


2)

-6・y=36

y=-6


問題

点A(3,1)から円x²+y²=2に引いた接線の方程式と接点の座標を求めよ。


接点を(a,b)とする

x²+y²=2上にあるから

a²+b²=2 ①


接線の方程式は、

ax+by=2

(3,1)を通るから

3a+b=2

変形して

b=2-3a ②

①に代入

a²+(2-3a)²=2

a²+4-12a+9a²=2

10a²-12a+2=0

5a²-6a+1=0


5 -1 -1

 ×

1 -1 -5

     -6


(5a-1)(a-1)=0

a=1/5、1


a=1/5のとき、b=7/5

接点(1/5、7/5)

ax+by=2より

接線の方程式は

(1/5)x+(7/5)y=2

x+7y-10=0


a=1のとき、b=-1

接点(1,-1)

ax+by=2より

接線の方程式は

x-y=2

x-y-2=0


よって、

接線の方程式と接点は

x+7y-10=0、(1/5、7/5)

x-y-2=0、(1,-1)


問題

点A(7,1)から円x²+y²=25に引いた接線の方程式を求めよ。


接点を(a、b)とする

x²+y²=25上にあるから

a²+b²=25 ①


接線の方程式は

ax+by=25

(7,1)を通るから

7a+b=25

変形して

b=25-7a ②

①に代入

a²+(25-7a)²=25

a²+625-350a+49a²-25=0

50a²-350a+600=0

a²-7a+12=0

(a-3)(a-4)=0

a=3,4


②より

a=3のとき、b=4

よって、

3x+4y=25

a=4のとき、b=-3

よって、

4x-3y=25


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たむかい学習教室 個別指導 塾  八戸市 中学生 高校生 小学生

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