數學段考問題集


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若兩圓正交,L1會過C2且L2過C1,或是說△AC1C2為直角三角形。用r1、r2分別表示圓C1與C2的半徑,那麼C1對圓C2的冪就等於r12,同樣的C2對圓C1的冪就等於r22。同時也有

C1C22=r12+r22。…………………………………(1)

再就解析幾何來看,若兩圓方程式為

C1:x2+y2+d1x+e1y+f1=0………………………………………(2)

C2:x2+y2+d2x+e2y+f2=0………………………………………(3)

圓心C1的坐標為(-d1/2 , -e1/2),半徑平方r12=d12/4+e12/4-f1

代入計算C1對圓C2的冪為

d12/4+e12/4-d1d2/2-e1e2/2+f2=d12/4+e12/4-f1

d1d2+e1e2=2(f1+f2)……………………………………(4)

注意:(4)式只是必要條件。

由正交圓的定義,就有下面的定理:

【定理】給定兩圓C1與C2,與它們都正交的圓,其圓心軌跡為C1與C2的根軸。

【證明】令圓C的半徑為r,且與C1與C2都正交,那麼C 對圓C1的冪就等於r2;並且C對圓C2的冪就等於r2,於是C對兩圓的冪相等,C在C1與C2的根軸上。

另一方面,在C1與C2的根軸上取一點P,那麼P對C1與C2的冪相等,也就是從P作兩圓的切線長相等,因此以P為圓心,這個切線長為半徑作圓,會與C1與C2都正交。

我們也可以用同樣方式定義圓與直線的夾角如下:

【定義】若圓C與直線L交於A,過A分別作圓C的切線M,則圓C與直線L的夾角定義為L與M的夾角。

同樣的,圓C與直線L另外有交點B時,過圓心C作L的垂線N,那麼整個系統會對稱於N,由對稱性可以知道在A的夾角與在B的夾角是相同的。

圓C若與L垂直,我們也稱為正交,此時很明顯L必然通過圓C的圓心。

看來我說的沒錯

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