
今日の板書はこれ!
■ 三角形の外接円の方程式(座標平面上の異なる3点を通る円の方程式)
3点の座標から円の方程式を求める場合、一般形を利用する。
\(x^2+y^2+lx+my+n=0\)
3点 \(\mathrm{A}(-1,\ 7),\ \mathrm{B}(2,\ -2),\ \mathrm{C}(6,\ 0)\) を通る円の方程式を求めよ。
▼ 解答
\(x^2+y^2+lx+my+n=0\) とおく。
\((-1,\ 7)\) を通るから \(-l+7m+n=-50\) …①
\((2,\ -2)\) を通るから \(2l-2m+n=-8\) …②
\((6,\ 0)\) を通るから \(6l+n=-36\) …③
これを解くと \((l,\ m,\ n)=(-4,\ -6,\ -12)\)
よって \({\color{#EE4656}{x^2+y^2-4x-6y-12=0}}\)

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現役教員として数学を教えている「さん」と申します。
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3点を通る円は一般形でおく
三角形の3つの頂点を通る円を、その三角形の外接円といいます。
3点の座標から円の方程式を求めるときは、基本形ではなく一般形 \(x^2+y^2+lx+my+n=0\) でおくのがポイントです。
一般形なら、点の座標を代入したときに \(l,\ m,\ n\) の1次方程式ができます。
3点を代入すれば、文字3つに対して式が3つそろうので、連立方程式で求められます。
基本形 \((x-a)^2+(y-b)^2=r^2\) に点を代入すると、\(a,\ b\) の2乗が出てくるので、連立方程式を解くのが大変になります。
一般形なら \(l,\ m,\ n\) の1次式になるので、ずっと楽に解けます。

「3点を通る円」と言われたら、一般形でおく!と決めておこう。
3点を通る円の方程式を求める
3点 \(\mathrm{A}(-1,\ 7),\ \mathrm{B}(2,\ -2),\ \mathrm{C}(6,\ 0)\) を通る円の方程式を求めよ。

円の方程式を \(x^2+y^2+lx+my+n=0\) とおき、3点の座標をそれぞれ代入します。
\((-1,\ 7)\) を通るから \(1+49-l+7m+n=0\) より \(-l+7m+n=-50\) …①
\((2,\ -2)\) を通るから \(4+4+2l-2m+n=0\) より \(2l-2m+n=-8\) …②
\((6,\ 0)\) を通るから \(36+6l+n=0\) より \(6l+n=-36\) …③
連立方程式の大原則は、1文字ずつ消去することです。
③には \(m\) が含まれていないので、まず①と②から \(m\) を消去します。
①×2+②×7 より \(12l+9n=-156\) すなわち \(4l+3n=-52\) …④
③より \(n=-6l-36\) です。
これを④に代入すると \(-14l=56\) となるので \(l=-4\)、\(n=-12\) です。
さらに②に代入すると \(m=-6\) が求まります。
よって \({\color{#EE4656}{x^2+y^2-4x-6y-12=0}}\)

文字が含まれていない式を見つけると、どれを消せばいいか分かるね!
練習問題
次の3点 \(\mathrm{A},\ \mathrm{B},\ \mathrm{C}\) を通る円の方程式を求めよ。
(1) \(\mathrm{A}(1,\ 1),\ \mathrm{B}(2,\ 1),\ \mathrm{C}(-1,\ 0)\)
(2) \(\mathrm{A}(1,\ 3),\ \mathrm{B}(5,\ -5),\ \mathrm{C}(4,\ 2)\)
答えを見る
求める円の方程式を \(x^2+y^2+lx+my+n=0\) とおく。
(1) \(l+m+n=-2,\ 2l+m+n=-5,\ -l+n=-1\)
これを解くと \((l,\ m,\ n)=(-3,\ 5,\ -4)\) より \({\color{#EE4656}{x^2+y^2-3x+5y-4=0}}\)
(2) \(l+3m+n=-10,\ 5l-5m+n=-50,\ 4l+2m+n=-20\)
これを解くと \((l,\ m,\ n)=(-2,\ 4,\ -20)\) より \({\color{#EE4656}{x^2+y^2-2x+4y-20=0}}\)
まとめ:三角形の外接円の方程式

さて、今回のまとめだよ!
■ 三角形の外接円の方程式(座標平面上の異なる3点を通る円の方程式)
3点の座標から円の方程式を求める場合、一般形を利用する。
\(x^2+y^2+lx+my+n=0\)

また一つ賢くなった!

一人だと続かない人は、こんな方法もあるよ!




