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圓方程式

高中 10 年級 · 坐標幾何

觀念

xyr = 5圓心 (2, −3)-4-2246-8-6-4-22O

圓是「到圓心距離等於半徑的點」,用距離公式寫下來就是標準式 (x−h)2+(y−k)2=r2(x-h)^2+(y-k)^2=r^2;展開得一般式 x2+y2+Dx+Ey+F=0x^2+y^2+Dx+Ey+F=0,反過來用配方法就能找回圓心 (−D2,−E2)\left(-\dfrac{D}{2},-\dfrac{E}{2}\right) 與半徑 D2+E2−4F2\dfrac{\sqrt{D^2+E^2-4F}}{2};要 D2+E2−4F>0D^2+E^2-4F>0 才是圓(=0=0 只是一個點,<0<0 沒有圖形)。

例:x2+y2−4x+6y−12=0⇒(x−2)2+(y+3)2=25x^2+y^2-4x+6y-12=0 \Rightarrow (x-2)^2+(y+3)^2=25,圓心 (2,−3)(2,-3)、半徑 5。點與圓的位置看「到圓心的距離」與 rr 比大小;圓 x2+y2=r2x^2+y^2=r^2 在圓上一點 (x0,y0)(x_0,y_0) 的切線是 x0x+y0y=r2x_0x+y_0y=r^2(切線垂直於半徑)。

圓的方程式是圓錐曲線、球面方程式與複數平面上 ∣z−c∣=r|z-c|=r 的起點。

例題

求圓 x2+y2−8x+8y+23=0x^{2}+y^{2}-8x+8y+23 = 0 的半徑。

看解法與答案

把 xx、yy 各自分組,常數移到右邊:(x2−8x)+(y2+8y)=−23(x^2 -8x) + (y^2 +8y) = -23。

配方:xx 那組補上 (一次項係數的一半)2=(−4)2=16^2 = (-4)^2 = 16,yy 那組補上 (4)2=16(4)^2 = 16,右邊也加上這兩個數。

得標準式 (x−4)2+(y+4)2=9(x-4)^2 + (y+4)^2 = 9(右邊 −23+16+16=9-23 + 16 + 16 = 9)。

右邊是 r2=9r^2 = 9,所以半徑 =9=3= \sqrt{9} = 3。(驗算:公式 r=D2+E2−4F2=362=3r = \dfrac{\sqrt{D^2+E^2-4F}}{2} = \dfrac{\sqrt{36}}{2} = 3。)

答案: 33

用在哪裡

插畫

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