一道高中数学公式证明题若已知点M(x0,y0)在圆(x-a)^2+(y-b)^2=r^2外,则弦AB的方程也为(x-a)(x0-a)+(y-b)(y0-b)=r^2这一个怎么证明呢?
一道高中数学公式证明题
若已知点M(x0,y0)在圆(x-a)^2+(y-b)^2=r^2外,
则弦AB的方程也为
(x-a)(x0-a)+(y-b)(y0-b)=r^2
这一个怎么证明呢?
设圆上一点A为(x0,y0),则有:(x0-a)^2+(y0-b)^2=r^2
对隐函数求导,则有:
2(x0-a)dx+2(y0-b)dy=0
dy/dx=(a-x0)/(y0-b)=k
(隐函数求导法亦可证明椭圆的切线方程,方法相同)
或直接k1=(y0-b)/(x0-a); k*k1=-1;(k1为与切线垂直的半径斜率。)
得k=(a-x0)/(y0-b) (以上处理是假设斜率存在,在后面讨论斜率不存在的情况)
所以切线方程可写为:y=(a-x0)/(y0-b)x+B
将点(x0,y0),可求出B=(x0-a)x0/(y0-b)+y0
所以:
y(y0-b)+(x0-a)x=(x0-a)x0+(y0-b)y0
(y0-b)(y-b+b-y0)+(x0-a)(x-a+a-x0)=0
(y0-b)(y-b)+(x0-a)(x-a)=(x0-a)^2+(y0-b)^2
(y0-b)(y-b)+(x0-a)(x-a)=R^2
当斜率不存在时,切点为与x轴平行的直线过圆心与圆的交点。
此类切点有2个,不妨设为M(a-r,b);N(a+r,b)
(y0-b)(y-b)+(x0-a)(x-a)=r^2
将2点带入上式,亦成立。
过点M(x-a)²+(y-b)²=r²的两条切线,切点为A、B,则弦AB的方程为
(x-a)²+(y-b)²=r²
则切点弦AB的方程为:(x0-a)(x-a)+(y0-b)(y-b)=r²
(1)(向量法)
设圆上一点A为(x0,y0),则该点与圆心O的向量OA(x0-a,y0-b)
因为过该点的切线与该方向半径垂直,则有切线方向上的单位向量与向量OA的点积为0.
设直线上任意点B为(x,y)
则对于直线方向上的向量AB(x-x0,y-y0)
有向量AB与OA的点积
AB●OA=(x-x0)(x0-a)+(y0-b)(y-y0)
=(x-a+a-x0)(x0-a)+(y0-b)(y-b+b-y0)
=(x-a)(x0-a)+(y-b)(y0-b)-(x0-a)^2-(y0-b)^2=0
故有(x-a)(x0-a)+(y-b)(y0-b)=(x0-a)^2+(y0-b)^2=r^2
(2)(分析-解析法)
设圆上一点A为(x0,y0),则有:(x0-a)^2+(y0-b)^2=r^2
对隐函数求导,则有:
2(x0-a)dx+2(y0-b)dy=0
dy/dx=(a-x0)/(y0-b)=k
(隐函数求导法亦可证明椭圆的切线方程,方法相同)
或直接k1=(y0-b)/(x0-a); k*k1=-1;(k1为与切线垂直的半径斜率。)
得k=(a-x0)/(y0-b) (以上处理是假设斜率存在,在后面讨论斜率不存在的情况)
所以切线方程可写为:y=(a-x0)/(y0-b)x+B
将点(x0,y0),可求出B=(x0-a)x0/(y0-b)+y0
所以:
y(y0-b)+(x0-a)x=(x0-a)x0+(y0-b)y0
(y0-b)(y-b+b-y0)+(x0-a)(x-a+a-x0)=0
(y0-b)(y-b)+(x0-a)(x-a)=(x0-a)^2+(y0-b)^2
(y0-b)(y-b)+(x0-a)(x-a)=R^2
当斜率不存在时,切点为与x轴平行的直线过圆心与圆的交点。
此类切点有2个,不妨设为M(a-r,b);N(a+r,b)
(y0-b)(y-b)+(x0-a)(x-a)=r^2
将2点带入上式,亦成立。
你问的我来解答.
首先,题目少了条件:过M引圆(x-a)^2+(y-b)^2=r^2的切线分别交圆于A,B两点.
证明:设A(x1,y1),B(x2,y2) .不知道阁下是否知道已知圆上一点引出的切线方程.是这样,A在(x-a)^2+(y-b)^2=r^2上,所以切线方程为(x-a)(x1-a)+(y-b)(y1-b)=r^2,同理在B点的切线方程是(x-a)(x2-a)+(y-b)(y2-b)=r^2.
M点是关键点,它是两条切线的交点,所以M在两条线上,得到:
(x0-a)(x1-a)+(y0-b)(y1-b)=r^2
(x0-a)(x2-a)+(y0-b)(y2-b)=r^2
题目要求直线AB的方程,这两个方程恰好能够求出该方程.这两个式子可以看作A(x1,y1),B(x2,y2)在(x-a)(x0-a)+(y-b)(y0-b)=r^2上.
综上,AB的方程为:
(x-a)(x0-a)+(y-b)(y0-b)=r^2
对于圆的切线方程,我能解释,但涉及导数、微积分,就不阐述了.也可以用联立方程,令Δ=0求得方程.