判別式を用いる方法 前節の方法は,円と直線の場合に限った方法でしたが,今度はより一般に,$2$ 次曲線 (円,楕円,放物線,双曲線) と直線の位置関係を調べる際に使える方法を紹介します.こちらの方がやや高級な考え方です. たとえば,円 $x^2+y^2=5$ と直線 $y=x+1$ の共有点の座標を考えてみましょう. 共有点の座標は,連立方程式 \begin{eqnarray} \left\{ \begin{array}{l} x^2 + y^2 = 5 \cdots ①\\ y=x+1 \cdots ② \end{array} \right. \end{eqnarray} の解です.$②$ を $①$ に代入すると, $$x^2+x-2=0$$ これを解くと,$x=1, -2$ です. $②$ より,$x=1$ のとき,$y=2$,$x=-2$ のとき,$y=-1$ したがって,共有点の座標は $(1, 2), (-2, -1)$ つまり,円と直線の位置関係は,直線の式を円の式に代入して得られた $2$ 次方程式の解の個数と直接関係しています. 一般に,円 $(x-p)^2+(y-q)^2=r^2$ と,直線 $y=mx+n$ について,直線の式を円の式に代入して $y$ を消去すると,$2$ 次方程式 $$ax^2+bx+c=0$$ が得られます.この方程式の判別式を $D$ とすると,次が成り立ちます. 円と直線の位置関係. 円と直線の位置関係2: $$\large D>0 \Leftrightarrow \mbox{円と直線は}\ \color{red}{\mbox{異なる2点で交わる}}$$ $$\large D=0 \Leftrightarrow \mbox{円と直線は}\ \color{red}{\mbox{1点で接する}}$$ $$\large D>0 \Leftrightarrow \mbox{円と直線は}\ \color{red}{\mbox{共有点をもたない}}$$ 問 円 $x^2+y^2=3$ と直線 $y=x+2$ の位置関係を調べよ. $x^2+y^2=3$ に $y=x+2$ を代入すると, $$2x^2+4x+1=0$$ 判別式を $D$ とすると,$\frac{D}{4}=4-2=2>0$. したがって,円と直線は $2$ 点で交わる. $(x-2)^2+(y-1)^2=5$ に $x+2y+1=0$ すなわち,$x=-2y-1$ を代入すると, $$y^2+2y+1=0$$ 判別式を $D$ とすると,$\frac{D}{4}=1-1=0$.
円と直線の位置関係を,それぞれの式を利用して判断する方法を $2$ 通り紹介します. 円と直線の共有点 平面上に円と直線が位置しているとき,これらふたつの位置関係は次の $3$ パターンあります. どのような条件が成り立つとき,どのパターンになるのでしょうか.以下,$2$ つの方法を紹介します. 点と直線の距離の公式を用いる方法 半径 $r$ の円と直線 $l$ があるとしましょう.ここで,円の中心から直線 $l$ までの距離を $d$ とすると,次が成り立ちます. 円と直線の位置関係1: 半径 $r$ の円の中心と直線 $l$ の距離を $d$ とする. $$\large d< r \Leftrightarrow \mbox{円と直線は}\ \color{red}{\mbox{異なる2点で交わる}}$$ $$\large d =r \Leftrightarrow \mbox{円と直線は}\ \color{red}{\mbox{1点で接する}}$$ $$\large d >r \Leftrightarrow \mbox{円と直線は}\ \color{red}{\mbox{共有点をもたない}}$$ これは下図をみれば明らかです. この公式から $d$ と $r$ をそれぞれ計算すれば,円と直線の位置関係が調べられます.すなわち,わざわざグラフを書いてみなくても, 代数的な計算によって,円と直線がどのような位置関係にあるかという幾何学的な情報が得られる ということです. 問 円 $x^2+y^2=3$ と直線 $y=x+2$ の位置関係を調べよ. →solution 円 $x^2+y^2=3$ の中心の座標は $(0, 0)$. $(0, 0)$ と直線 $y=x+2$ との距離は $\sqrt{2}$. 一方,円の半径は $\sqrt{3}$. $\sqrt{2}<\sqrt{3}$ なので,円と直線は $2$ 点で交わる. 問 円 $(x-2)^2+(y-1)^2=5$ と直線 $x+2y+1=0$ の位置関係を調べよ. 円 $(x-2)^2+(y-1)^2=5$ の中心の座標は $(2, 1)$. 円 と 直線 の 位置 関連ニ. $(2, 1)$ と直線 $x+2y+1=0$ との距離は $\sqrt{5}$. 一方,円の半径は $\sqrt{5}$. したがって,円と直線は $1$ 点で接する.
子どもの勉強から大人の学び直しまで ハイクオリティーな授業が見放題 この動画の要点まとめ ポイント 円と直線の位置関係の分類 これでわかる! ポイントの解説授業 POINT 復習 浅見 尚 先生 センター試験数学から難関大理系数学まで幅広い著書もあり、現在は私立高等学校でも 受験数学を指導しており、大学受験数学のスペシャリストです。 円と直線の位置関係の分類 友達にシェアしよう!
吹き出し座標平面上の円を図形的に考える 上の例題は,$A,B$の座標を求めて$AB$の長さを$k$で表し, それが$2$になることから解くこともできるが, 計算が大変である. この例題のように,交点が複雑な形になる場合は, 問題を図形的に考えると計算が簡単に済む.
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